Diagrama de fases ternario

DIAGRAMAS DE FASES
Juan Chamorro González Departamento de Metalurgia Universidad de Atacama

Diagramas de Fase Ternarios

Un sistema ternario es aquel que contiene 3 componentes. Una sistema ternario, puede ser una aleación compuesta de 3 metales A, B y C. La Regla de las Fases de Gibbs establece que:

Regla de las Fases

p + f = c +1
Donde, P = número de fases presentes en el sistemaF = grados de libertad del sistema C = número de componentes del sistema

Los equilibrios posibles en un sistema ternario son:

Componentes C=3 C=3 C=3 C=3

Fases P=1 P=2 P=3 P=4

Grados Equilibrio de libertad F=3 Trivariante F=2 Bivariante F=1 Monovariante F=0 Invariante

Equilibrio Trivariante: P = C-2
Si en un sistema ternario solo hay una fase presente, entonces hay 3 grados delibertad. Esto permite seleccionar arbitrariamente la Temperatura (T) y la concentración de dos componentes de la fase (la tercera se obtiene de la relación XA + XB + XC = 1)

Equilibrio de una fase en el ternario puede corresponder a regiones de fases líquidas distintas ( l1, l2, etc.) o a regiones de fases sólidas distintas (α, β, γ, etc.)

Equilibrio Bivariante: P = C-1
Según la regla delas fases en un sistema ternario en el que coexisten dos fases tendrá 2 fases tendrá 2 grados de libertad

(a) (b) (c)

Esto implica seleccionar arbitrariamente:

La T y la concentración de un componente en una de las fases, o La concentración de 2 componentes en una de las fases, o La concentración de uno de los componentes en una fase y la concentración del otro componente en la segundafase.

(a) (b) (c)

Realizada selección anterior se puede establecer:

La composición de la segunda fase La temperatura y composición de la segunda fase La temperatura y composición de las dos fases respectivamente

Equilibrios bivariantes posibles en un ternario son:

l1 ← l← α←

equilibrio equillibrio equilibrio

→l2 →α →β

Equilibrio Monovariante: P = C
Con tres fases enequilibrio en un sistema ternario solo hay 1 grado de libertad En este caso solo una de las variables externas puede elegirse libremente. Una vez seleccionada dicha variable, las otras variables quedan automáticamente fijas. Si se selecciona la concentración de 1 componente en una de las fases, la T y la composición de las 3 fases queda fija automáticamente. En un sistema ternario las reaccionesmonovariantes son:

α ⇔β + γ l1 ⇔l2 + l3 α + β ⇔γ l1 + l2 ⇔α

α ⇔β + l l1 ⇔ α + l2 α + β ⇔l l1 + α ⇔l2

α ⇔l1 + l2 l ⇔α + β l1 + l2 ⇔l3 l + α ⇔β

Equilibrio Invariante: P = C+1
Un diagrama ternario con 4 fases en equilibrio no tiene grados de libertad. Tal sistema sólo puede existir a una T fija y composición fija de las cuatro fases.

Teóricamente en un sistema ternario las reaccionesinvariantes son:

α ⇔β + γ + δ l1 ⇔ l2 + l3 + l4 α + β ⇔ l1 + l2 Etc.

α ⇔β + γ + δ l1 + l 2 ⇔ l3 + l4 α +β ⇔γ +l

α + β + γ ⇔δ l1 + l 2 + l 3 ⇔ l4 l1 + l2 + l 3 ⇔ α

Findlay econtró empíricamente que el número de fases líquidas nunca supera al número de componentes del sistema.

Representación de un Sistema Ternario
El número máximo de variable independientes en un sistema ternario a presiónconstante es 3 (la temperatura y dos valores de concentración).

Para representar equilibrios ternarios es necesario un diagrama de fases en 3 dimensiones. La composición se representa en el plano horizontal y la temperatura en un eje perpendicular a dicho plano

La composición de una fase ternaria α se establece al seleccionar dos variables XAα y XBα , que especifican las concentraciones delos componentes A y B en la fase α. La concentración del tercer componente XCα se obtiene de la relación: XAα + XBα + XCα =1

El método más común de graficar la composición en un sistema ternario es el triángulo equilátero o Triángulo de Gibbs:

Los vértices del triángulo representan a los componentes puros A, B y C. Los lados AB, BC y AC corresponden a las composiciones binarias

En un...