Ce este un sistem eutectic?

Un sistem eutectic este un amestec omogen de două sau mai multe componente care, în stare solidă, formează o singură super-rețea a cărei caracteristică principală este că are un punct de topire mai scăzut decât cel al componentelor individuale. Majoritatea sistemelor eutectice sunt sisteme binare (formate doar din două faze sau componente), deși există exemple de anumite aliaje care formează sisteme eutectice ternare.

Cuvântul eutectic provine din termenul grecesc antic eutektos , care este o combinație a termenilor eu , care înseamnă „bine” și teko , care înseamnă a se topi. Prin urmare, eutectic înseamnă literal „topire bine”, referindu-se la faptul că eutecticele sunt mai ușor de topit decât componentele lor individuale datorită punctului lor de topire mai scăzut.

Cum se formează sistemele eutectice?

Un sistem eutectic se formează numai atunci când componentele sau fazele solide care alcătuiesc amestecul sunt într-o anumită proporție numită compoziție eutectică. Această compoziție este caracteristică fiecărui sistem eutectic. În plus, eutecticele se formează în general între compuși care sunt similari sau înrudiți chimic unul cu celălalt. Este cazul unor aliaje eutectice formate din două sau mai multe metale.

Prin încălzirea și topirea unui amestec eterogen din aceste două faze în proporție adecvată, se formează un amestec lichid omogen care, la răcire, cristalizează din nou, formând o nouă structură cristalină în care ambele substanțe fac parte din aceeași celulă sau rețea. Aceasta este așa-numita super rețea sau super celulă, care se repetă în toate direcțiile pentru a crea un cristal complet omogen în care niciuna dintre cele două faze originale nu poate fi distinsă. Cu alte cuvinte, fazele sistemului co-cristalizează pentru a forma un nou solid.

tipuri de eutectice

Sistemele eutectice pot fi clasificate în diferite moduri. Două forme comune sunt în funcție de compoziția sa și în funcție de cristalinitatea solidului.

În funcție de compoziție, eutecticele pot fi clasificate astfel:

• Eutectice anorganice: sunt cele formate din compuși anorganici precum metale și săruri. În acest din urmă caz, acestea sunt în general săruri hidratate. Acestea sunt cele mai comune sisteme eutectice.
• Eutectică organică: Mulți compuși organici formează eutectici între ei. În acest caz se numesc eutectice organice.
• Eutectice organice/anorganice: sunt cele formate dintr-o faza organica si una anorganica, cum ar fi amestecul de apa si etanol.

Pe lângă această clasificare, putem distinge trei clase de eutectice în funcție de cristalinitatea solidului, adică în funcție de microstructura acestuia. În termeni generali, această microstructură poate fi de două tipuri: fațetată și nefațetată. Ele mai sunt adesea numite, respectiv, microstructură sticloasă sau amorfă. În sistemele binare, pot apărea trei combinații diferite ale acestui tip de microstructuri, dând naștere la trei clase diferite de eutectice:

• Eutectice fără fațete – fără fațete (NN): Acestea sunt cele mai comune și constau dintr-o fază nefațetată sau amorfă încorporată într-o altă fază amorfă. Aceste eutectice prezintă o microstructură foarte regulată.
• Eutectice cu fațete – nefațetate (NF): în aceste eutectice, una dintre faze este amorfă sau nefațetată, în timp ce cealaltă este fațetată. Microstructura acestor eutectice este de obicei între regulată și complexă, sau chiar poate deveni complet neregulată, în funcție de caracteristicile particulare ale fiecărei faze.
• Eutectice cu fațete – Fațetate (FF): Eutecticele FF sunt rare și se formează de obicei între doi compuși intermetalici. Aceste eutectice posedă adesea proprietăți mecanice unice, cum ar fi duritatea ridicată, prin formarea de structuri cristaline de lungă durată, cu legături metalice puternice.

Exemple de sisteme eutectice

Aliaj aluminiu-siliciu

Aluminiul și siliciul formează un aliaj eutectic anorganic de tip FN (fațetat – nefațetat) atunci când amestecul conține 13% siliciu în masă. În acest sistem, aluminiul formează faza amorfă (numită fază alfa), în timp ce siliciul formează faza cristalină sau fațetată a sistemului. Acest aliaj este de mare importanță pentru fabricarea pieselor din aluminiu turnat.

Aliaj fier-carbon (oțel carbon)

Oțelul carbon este un sistem eutectic cunoscut de sute de ani. Este format dintr-o matrice de fier cu atomi de carbon încorporați în structură. Aceste elemente formează un sistem eutectic cu o compoziție de 4,30% carbon și restul fier. Punctul de topire al sistemului (temperatura eutectică) este de 1.147 °C și constă dintr-un amestec de γ-austenită cu carbură de fier sau cementită. Cementitul este prezent sub formă cristalină înglobat într-o matrice de austenită amorfă, făcând acest sistem eutectic un alt exemplu de sisteme FN.

aliaj plumb-staniu

Sistemul eutectic format între plumb și staniu este un sistem care conține 62% staniu din masă. Acest amestec se topește la doar 183 ° C, care este cu 50 ° C sub punctul de topire al staniului, care este 232 ° C, și cu aproape 205 ° C sub punctul de topire al plumbului pur, care este 327,5 ° C

Aliaj camfor-naftalină

Naftalina și camforul sunt ambii compuși organici aromatici care formează un sistem eutectic. Prin urmare, acesta este un exemplu de sistem eutectic organic. Un sistem similar cu acesta se formează între naftalină și benzen.

Galinstan

Acesta este un exemplu de sistem eutectic ternar. Este alcătuit dintr-un aliaj care conține 68,5% galiu, 21,5% indiu și 10% staniu. Punctul de topire al acestui sistem este de doar -19 °C, astfel încât amestecul este lichid la temperatura camerei. Acest fapt face din galinstan un substitut netoxic pentru mercur.

Aliaj nichel-siliciu

Sistemul eutectic nichel-siliciu este un exemplu de eutectic FF, adică unul în care ambele faze sunt într-o stare cristalină, formând solide fațetate încorporate unul în celălalt. Compoziția eutectică este 84% nichel și 16% siliciu. Acest sistem se caracterizeaza prin a fi extrem de dur, rezistent la oboseala si uzura datorita aderenței.

Referințe

academic. (nd). Galinstan . Dicționare și enciclopedii despre academician. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650

Biloni, H., & Boettinger, WJ (1996, 1 ​​ianuarie). SOLIDIFICARE . Metalurgie fizică (ediția a patra, revizuită și îmbunătățită). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132

Kharia, HK (2013, 18 noiembrie). Diagrama Fe–C . Slideshare. https://en.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram

Lingai, L. și Nolwelnn, LP (2015, 1 ianuarie). Sisteme inovatoare de stocare a energiei solare termice în clădiri . Stocarea Energiei Solare. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037

Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q. și Li, T. (2012, 8 martie). Modificarea electromagnetică a aliajului eutectic Ni31Si12-Ni2Si cu fațete fațetate . Buletinul de Știință Chinezesc. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutectic_alloy

Universitatea Southampton. (nd). Solidificarea aliajelor Al-Si . Southampton Marea Britanie. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm