Análisis térmico de aleación Pb-Sn



Análisis térmico de aleación Pb-Sn


















Universidad Nacional de La Plata
Cátedra: Fisicoquímica de materiales


Introducción:
Desde el punto de vista termodinámico se plantea el equilibrio de fase para la determinación de la curva líquidus y la eutéctica, desarrollando las ecuaciones y las suposiciones adecuadas.
DIAGRAMA EUTÉCTICO SIMPLE
Un diagramade fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación.
Un sistema de binario es influenciado por tres variables: temperatura, presión, composición. Esta representación tridimensional se simplifica si se fija la presión, generalmente igual a la atmosférica.
La representación de temperatura vs. composición para un sistema binariogenérico AB se indica en la Figura I.









Figura I: Esquema de un diagrama binario A-B con eutéctico simple.

Un sistema eutéctico es aquel en el cual los componentes presentan completa solubilidad en estado líquido, pero solubilidad sólida limitada. Cuando una aleación eutéctica solidifica, los átomos de los metales componentes se segregan para formar regiones de los metalesoriginales casi puros. Considerando un sistema de dos componentes A y B a una determinada presión, un sistema con comportamiento eutéctico simple presenta las siguientes cuatro regiones con:

Miscibilidad total en fase líquida (Líquido)
Miscibilidad parcial o inmiscibilidad total de fases sólidas (sólido A + sólido B)
Líquido + sólido A
Líquido + sólido B

Las curvas de la Figura Iindican el equilibrio termodinámico de las fases involucradas. Siendo E el punto eutéctico, las líneas BE y AE representan las líneas líquidus, mientras que la línea horizontal es la llamada línea eutéctica. En el sistema se distinguen tres tipos de aleaciones: la aleación eutéctica, definida por el punto E, las aleaciones hipoeutécticas a la izquierda del punto E y las hipereutécticas a la derechadel punto E. El punto c se ubica dentro de región de líquido + sólido B y representa el equilibrio entre la solución líquida de composición γ y el sólido B puro. Las temperaturas de fusión de las componentes puras TA o TB establecen la temperatura máxima del diagrama binario. La temperatura eutéctica se encuentra por debajo de ellas.
En la Figura II se indica el diagrama binario plomo-estaño(Pb-Sn), que se analiza en el presente trabajo.









Figura II: Diagrama binario Pb- Sn.

El diagrama presenta miscibilidad completa en la fase líquida L y miscibilidad parcial en estado sólido, observándose dos zonas correspondientes a las soluciones sólidas α y β. El diagrama se completa con las siguientes regiones de equilibrio: líquido L + fase α, líquido L + fase β y α +β,(Rhines, 1956).
La temperatura eutéctica es de 183ºC y su composición másica de 61,9 m% de Sn y 38,1 m% de Pb. El punto de fusión del estaño se ubica a 327ºC y el del plomo a 232ºC.
Representando la temperatura de solidificación del sistema en función del tiempo se obtiene la llamada “curva de enfriamiento”. La Figura III representa esquemáticamente las curvas de enfriamiento correspondiente alsistema A - B de la Figura I.


Figura III: Esquema de las curvas de enfriamiento para la solución genérica A-B.

Marco teórico:

Cálculo termodinámico
Conociendo los puntos de fusión de las componentes puras A y B y sus calores de fusión se determinan las curvas de equilibrio líquidus, de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde T indica la temperatura operativa, Tº latemperatura de fusión de la fase pura, R la constante universal de los gases, ∆Hº el calor latente de fusión de la fase pura y x la composición molar de la sustancia.

Objetivo
Construir el diagrama de fases sólido-líquido para Pb-Sn, el cual presente el punto eutéctico simple, mediante análisis térmico.

Materiales y métodos
Materiales empleados:
Mufla
Crisol
Termocunpla (chomel-alumen)...