Плотность и поверхностные свойства жидких щелочных и легкоплавких металлов и сплавов (стр. 15 )

, кг×м

Таким образом, составы изученных в работах [5, 6, 18] тройных сплавов отличаются от состава эвтектического сплава. Только в одной работе [7] изучен тройной сплав эвтектического состава. Поэтому сравнение результатов указанных работ по плотности сплава эвтектического состава носит лишь качественный характер. Так, при температуре 300 К значения плотности в указанных работах равны (в кг×м[3], 1412 [6] и 1462,5 [5]. Отклонения этих данных от результата 1440,4 кг×м-3 работы [7] по плотности составляют соответственно +5,2 %, -2,0 % и +1,5 % и выходят в 5–10 раз за пределы объявленных в указанных работах погрешностей.

Поверхностное натяжение (ПН) тройного сплава системы Na–K–Cs, состав которого близок к эвтектическому, экспериментально измерено только в одной работе [23] в температурном диапазоне 200–450 К. Политерма поверхностного натяжения сплава описывается уравнением:

, мН×м

Погрешность определения ПН составляет около 1 %.

Изложенное показывает, что имеется необходимость изучения плотности и поверхностного натяжения эвтектического сплава системы Na–K–Cs как перспективного жидкометаллического теплоносителя в тепловых трубах и ядерных энергетических установках.

12.2. Плотность, мольные объемы и поверхностное натяжение тройного сплава эвтектического состава системы Na–K–Cs

Эвтектический сплав системы Na–K–Cs имеет состав (в ат.%) 13,9 % Na+43,5 % K+42,6 % Cs. Поэтому тройные сплавы вдоль сечения треугольника составов, содержащего эвтектический сплав и идущего к вершине цезия, образуются добавлением Cs к исходному бинарному сплаву Na–K с постоянным соотношением концентраций Na и K (в ат.%) . Тогда исходный бинарный сплав этого сечения 1, идущего к вершине Сs, будет иметь состав . Тройные сплавы второго сечения, идущего от стороны Na–Cs треугольника составов к вершине К и содержащего эвтектический сплав, следует образовать добавлением калия к исходному сплаву с постоянным соотношением . Тогда исходный бинарный сплав сечения 2 будет иметь состав 24,6ат.%Na+75,4ат. %Cs. Экспериментально физико-химические свойства тройных сплавов этих сечений не изучены. Схема расположения указанных сечений 1 и 2 в треугольнике составов показана на рис. 2.14

Рис. 2.14. Сечения треугольника составов системы Na–K–Cs,

проходящие через эвтектическую точку состава (в ат. %) 13,9%Na+43,5%K+42,6%Cs и идущие к вершинам Cs (сечение 1) и К (сечение 2). Точки А и В – исходные двойные сплавы составов (в ат. %) 24,2 ат.%Na+75,8 ат.%К и 24,6 ат.%Na+75,4 ат.%Cs. Плотности и поверхностные натяжения сплавов всех точек пересечений лучевых

разрезов указаны в табл. 13 и 18

Теперь изложенным выше способом, используя экспериментальные данные табл. 9 и 18, можно определить плотности и поверхностные натяжения тройных сплавов указанных сечений системы Na–K–Cs, включая эвтектический сплав [24, 49].

С этой целью сначала в треугольнике составов строится сечение 1, проходящее через эвтектическую точку и идущее к вершине Cs от базового бинарного сплава Na–K c соотношением концентраций XNa:XK=0,3193 (рис. 2.14, от А). Это соотношение концентраций выполняется для всех тройных сплавов этого сечения, как и для эвтектического сплава. Определяют точки пересечений этого сечения с десятью сечениями, идущими к вершине K, плотности и ПН тройных сплавов которых приведены в табл. 9 и 18. По изотермам плотности и ПН сплавов указанных десяти сечений находят плотности и ПН всех тройных сплавов, соответствующих указанным точкам пересечений, и строят их изотермы для сечения 1 (рис. 2.14, линия 1). Полученные данные приводятся в табл. 22 (сечение 1) [39].

Таблица 22

Составы Х (в ат.%), плотности ρ (кг×м-3),мольные объемы V×106 (м3×моль-1) и поверхностные натяжения s (мН×м-1) при 373 К

тройных сплавов вдоль двух сечений, идущих к вершинам цезия

и калия концентрационного треугольника системы Na–K–Cs

и содержащих эвтектический сплав [40]

Сечение 1, идущее к вершине цезия, XNa:XК=24,2 %:75,8 %=0,3193
№ сплава	1	2	3	4	5	6	7*	8	9	10	11	12
XNa	24,2	23,60	23,20	21,2	18,3	17,4	13,9	13,5	9,5	6,5	3,62	0
XK	75,8	73,91	72,66	66,4	57,3	54,5	43,5	42,3	29,7	20,4	11,28	0
XCs	0	2,49	4,14	12,4	24,4	28,1	42,6	44,2	60,8	73,1	85,10	100
ρ	840	878	920	1034	1191	1258	1405	1406	1564	1670	1745	1802
V	41,90	42,61	42,68	45,76	49,57	49,80	54,68	55,75	60,48	63,84	67,82	73,75
s	121,2	113,2	103,8	95,4	85,2	81,2	77,1	76,2	75,4	73,5	72,0	71,4
Сечение 2, идущее к вершине калия, XNa:XCs=24,6 %:75,4 %=0,3263
№ сплава	1	2	3	4	5	6	7	8*	9	10	11	12
XNa	24,6	23,82	23,0	21,0	19,6	18,0	15,5	13,9	12,4	7,5	2,80	0
XCs	75,4	72,93	70,5	64,4	60,1	55,2	47,5	42,6	38,0	23,0	8,58	0
XK	0	3,25	6,5	14,6	20,3	26,8	37,0	43,5	49,6	69,5	88,62	100
ρ,	1768	1742	1714	1648	1596	1538	1460	1408	1358	1160	950	818,3
V	59,88	59,53	59,23	58,33	57,84	57,20	55,59	54,56	53,57	51,27	49,15	47,78
s	74,0	74,3	74,5	75,2	75,5	75,8	76,5	77,0	77,5	81,0	95,1	113,6

*) Данные столбцов 7* и 8* относятся к эвтектическому сплаву.

Таким же способом было построено сечение 2, идущее к вершине калия от базового сплава Na–Cs с постоянным соотношением концентраций XNa:XCs=0,3263 (рис. 2.14, от точки В), определены составы, плотности и поверхностные натяжения тройных сплавов, соответствующих точкам пересечений этого сечения с девятью сечениями, идущими к вершине К (табл. 22, сечение 2 ).

Из данных табл. 22 следует, что при температуре 373 К значения плотности, мольного объема и поверхностного натяжения тройного эвтектического сплава системы Na–K–Cs (столбцы 8* и 9* сечений 1 и 2) хорошо согласуются между собой и в среднем равны соответственно 1406 кг×м-3, 54,62×10-6 м3×моль-1 и 77,0 мН×м-1. С учетом этих данных и температурных коэффициентов в уравнениях (2.9) и (2.10) построили аппроксимационные уравнения для политерм плотности, мольного объема и поверхностного натяжения эвтектического сплава Na–K–Cs системы в интервале температур 200–450 К, которые имеют вид:

, кг×м-3, (2.11)

, м3×моль-1, (2.12)

, мН×м