VII. Реакции с частичным окислением свариваемого металла

 

В основу расчета положено уравнение, которое можно отнести к реакции типа VII:

Me' + Ме"О = Ме'О + [Me'']_Me'.

Практически можно считать возможным его применение при разности энергий Гиббса образования Ме"О и Ме'О менее 200 кДж/г атом кислорода. Остальные условия сохраняются те же, что и для уравнения типа VI.

Проведем расчет взаимодействия ZnS с медью, используя уравнение типа VII:

ZnS + 2Cu = Cu₂S + [Zn]_Cu (7.30)

Практическим преимуществом уравнения этого типа является возможность его применения при отсутствии справочных данных по растворимости серы в свариваемом металле при нескольких температурах (достаточно знать о возможности растворения).

Расчет по уравнению (7.30) сводится, по существу, к вычислению константы равновесия этой реакции, которая будет выражаться активностью цинка в твердом растворе, равной его концентрации, что соблюдается при сравнительно небольших концентрациях. Активности чистых конденсированных ZnS, Cu, Cu₂S принимают равными единице.

В условиях равновесия для реакции (7.30) имеем:

.

Полагая, что образующийся раствор является регулярным, изменение энергии Гиббса растворения можно выразить уравнением:

, (для идеальных растворов = 0.)

Из экспериментальных данных по растворимости цинка в меди, используя предыдущие уравнения, найдем

(7.31)

Для = 1123 К; = -1,155 и = 0,07.

Таким образом, при взаимодействии сульфида цинка с медью по реакции (7.31) при температуре сварки в меди растворяется 7% ZnS. Причем Zn полностью находится в твердом растворе с медью, образуя α-латунь с содержанием 7% Zn, а сера практически полностью находится в виде Cu₂S.

Аналогично реакции (7.31) можно провести расчет взаимодействия ZnS с Fe, Ni и Ag. Различия в степени взаимодействия металлов с сульфидом цинка велики. Основной причиной различия является разница в сродстве к сере, хотя определенное значение имеет и сродство к цинку. Различие в температурах плавления в значительно меньшей степени увеличивает растворимость ZnS в металлах. Однако для металлов, обладающих небольшим различием в сродстве к сере, разница в температурах плавления оказывает определенное влияние на растворимость ZnS при одних и тех же гомологических температурах, как это имеет место в случае меди и железа. Большая растворимость ZnS в железе, в сравнении с растворимостью в меди при одинаковых гомологических температурах, обусловливается более высокой температурой плавления железа. Это связано с тем, что с ростом температуры энергия Гиббса ZnS уменьшается быстрее, чем сульфидов других металлов.

Полученные данные степени взаимодействия ZnS c различными металлами могут служить оценкой склонности их к образованию прочных соединений при диффузионной сварке, поскольку являются количественным выражением их средства к ZnS.