Металознавство. Плавлення і розчинення металів

Плавлення і сублімація є процесами, протилежними кристалізації: вони усувають дальній порядок в розташуванні атомів.

На відміну від кристалізації, яка починається після переохолодження, плавлення відбувається без перегріву вище точки плавлення.

При досягненні температури плавлення металів кристали зазвичай плавляться на поверхні, а потім плавлення поширюється вглиб. Швидкість плавлення визначається інтенсивністю підведення тепла, оскільки усунення далекого порядку в розміщенні атомів вимагає витрати енергії.

Поява рідкої плівки на поверхні кристала без перегріву пов’язана з тим, що поверхнева енергія при плавленні зменшується. Якщо поверхнева енергія на грані кристала і пара дорівнює сумарній поверхневій енергії на межі рідини і кристала і рідини і пара, плавка відбувається при температурі, тобто без перегріву.

Під час сублімації кристалів поверхнева енергія на кордоні кристала і пара може залишатися незмінною. Перехід атомів з кристала в пар супроводжується розривом міжатомних зв’язків і вимагає витрати великої енергії. Металеві кристали які переганяються, можуть бути перегріті вище точки сублімації на десятки градусів.

Видалення атомів з поверхні кристалів відбувається не тільки при сублімації, коли температура металу вища, а й при більш низьких температурах — при випаровуванні, хімічному або електролітичному розчиненні, окисленні і т.д. У техніці металографічного аналізу розчинення кристалів (травлення) широко використовують для виявлення структури.

Імовірність видалення атома в навколишнє середовище залежить від положення його на поверхні кристала. Атоми, що знаходяться на сходинках, відриваються від кристала і переходять в пар або травильний розчин легше, ніж з ідеально гладкої поверхні. Тому при невеликих швидкостях розчинення кристали огранюються щільноупакованними площинами зі сходинками і спіралями (природна шорсткість). Видалення атомів з таких поверхонь здійснюється відривом їх від ступенів.

На поверхні реальних кристалів при розчиненні з’являється рельєф, утворення якого пов’язано з наявністю дефектів. У дефектних ділянках (кордони і субграніци, дислокації, домішкові включення) атоми мають підвищену енергією і легше видаляються в навколишнє середовище. В результаті виникають «фігури» розчинення (травлення), по розміщенню яких можна судити про форму кристалів і їх дефекти.