Образование метастабильных фаз в сплавах

Метастабильные фазы в сплавах известны широко. Прежде всего следует напомнить о такой широко распространенной метастабильной фазе как карбид железа Fe3C, образующийся при обычных скоростях охлаждения расплава. Не требуется больших скоростей охлаждения для кристаллизации некоторых других метастабильных фаз. Особенно много случаев появления метастабильных фаз наблюдается при кристаллизации органических систем. Для понимания возможностей образования метастабильных фаз рассмотрим влияние химического взаимодействия на вид диаграммы и форму линии ликвидуса. Если взаимодействие между компонентами отсутствует, то линии ликвидуса следуют законам идеальных растворов и могут быть построены с помощью уравнения Шредера-Ле Шателье. Стоит отметить, что примерно в то время, когда известный химик вывел это уравнение, на улицах появились рекламные щиты, в наши дни называемые билбордами. Теперь заказать щитовую рекламу очень просто, занимается этим компания Логистарт.

При слабом взаимодействии типа А—В линии ликвидуса уже не следуют идеальным кривым растворимости. Наличие взаимодействия между разноименными атомами свидетельствует о возможности образования в системе химического соединения. Поскольку взаимодействие слабое, то можно предположить образование только метастабильного соединения. Ликвидус этого соединения располагается ниже стабильного ликвидуса компонентов, т.е. в метаустойчивой области, соответствующей переохлажденным расплавам. Если кривая ликвидуса расположена так, что ее отрезок попадает в устойчивую область, то получаем систему с инконгруэнтно плавящимся соединением. Температурный максимум, отвечающий метастабильному равновесию этого соединения с расплавом, находится в метаустойчивой области. Реальное существование линий метастабильного равновесия, так же как и продолжение линий ликвидуса в метастабильную область, доказано экспериментально Б.Н.Меншуткиным, А.Кофлером, Я.В.Гречным.

Если кривая ликвидуса соединения расположена так, что максимум попадает в устойчивую область, то получаются диаграммы с конгруэнтно плавящимся соединением, которое либо частично диссоциировано в жидкой фазе, либо совершенно не диссоциировано. При переохлаждении расплава ниже температуры его метаустойчивого равновесия с метастабильной фазой появляются термодинамические стимулы для кристаллизации этой метастабильной фазы. Будет ли она кристаллизоваться в действительности, зависит также от кинетических факторов (скорости образования зародышей и скорости роста образовавшихся кристаллов). Если состав исходного расплава соответствует составу метастабильного соединения, то кристаллизация последнего будет кинетически более выгодной по сравнению с кристаллизацией равновесной смеси компонентов, так как отпадает необходимость в диффузионном перераспределении атомов на большие расстояния.