CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
1. Khái niệm về hợp kim
a. Định nghĩa
- Hợp kim là hỗn hợp của hai hay nhiều nguyên tố và
mang tính kim loại
b. Ưu điểm của hợp kim
- Hợp kim có độ bền cao, độ chịu ma sát, chịu mài mòn
tốt hơn kim loại nguyên chất
- Hợp kim có tính cơng nghệ đa dạng và thích hợp

1

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
a. Định nghĩa
- Khi hòa tan cấu tử nào hòa tan nhiều gọi là dung mơi
cịn cấu tử nào hịa tan ít gọi là chất tan

2

1


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
a. Định nghĩa
- Dung dịch rắn là pha đồng nhất có cấu trúc mạng như
của dung môi (nguyên tố chủ yếu) nhưng với thành
phần có thể thay đổi trong một phạm vi mà khơng làm
mất đi sự đồng nhất đó.
- Ký hiệu dung dịch rắn gồm hai cấu tử A, B là A(B). .

trong đó A là dung mơi và B là chất tan.

3

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
b. Dung dịch rắn thay thế
- Dung dịch rắn thay thế là một loại dung dịch rắn mà
nguyên tử của nguyên tố hồ tan B thay thế vào đúng
vị trí ngun tử của nguyên tố dung môi A
- Sự thay thế này gây ra sai lệch mạng vì
khơng có hai ngun tố nào có đường
kính ngun tử hồn tồn giớ ́ ng nhau.
- Các ngun tố kim loại có kích thước
ngun tử sai khác nhau khơng q 15%
thì mới thay thế cho nhau. nếu lớn hơn sẽ
khó thay thế vì làm cho mạng bị xô lệch
mạnh gây mất ổn định cho hệ.
4

2


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
b. Dung dịch rắn thay thế
* Phân loại dung dịch rắn thay thế:
Dựa vào khả năng hòa tan:
- Dung dịch rắn thay thế hịa tan có hạn:
Sự thay thế của ngun tử chất tan vào trong dung mơi

đa số là có hạn vì nồng độ chất tan càng tăng thì càng
làm mạng bị xơ lệch cho đến một nồng độ bão hịa.
Nồng độ bão hòa gọi là giới hạn hòa tan.
- Dung dịch rắn hịa tan thay thế vơ hạn:
có một số cặp kim loại chúng có thể hịa tan vơ hạn vào
nhau tạo nên một dây các dung dịch rắn có nồng độ thay
đổi một cách liên tục từ 100%A+0%B đến
0%A+100%B.
5

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
b. Dung dịch rắn thay thế
* Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng hồ tan thay
thế vơ hạn hay có hạn:
- Sự tương quan về kiểu mạng: nếu cùng kiểu mạng
mới có thể hịa tan vơ hạn, khác kiểu mạng chỉ có thể
hịa tan có hạn.
- Sự tương quan về kích thước nguyên tử: nếu đường
kính của nguyên tử chất tan và dung mơi chênh lệch ít
(<8%) mới có thể hịa tan vơ hạn, cịn (8%-15%) chỉ có
thể hịa tan có hạn. Nếu (>15%) khơng có khả năng thay
thế.
6

3


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn

b. Dung dịch rắn thay thế
- Sự tương quan về nồng độ điện tử: Trong thực tế
các nguyên tố hoá trị giống nhau mới có thể thay thế vơ
hạn, cịn các ngun tố khác nhau về hóa trị chỉ có thể
thay thế có hạn.
- Sự tương quan về tính chất lý hố tính: các tính
chất vật lý hóa học của hai ngun tố càng gần giống
nhau càng dễ tạo thành dung dich rắn thay thế và càng
dễ có dạng hịa tan vơ hạn.
+ Nếu hai ngun tố có tính âm điện khác biệt nhau sẽ
khó tạo thành dung dịch rắn.
7

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
b. Dung dịch rắn thay thế
+ Nếu nhiệt độ nóng chảy của hai nguyên gần bằng
nhau càng dễ tạo thành dung dịch rắn.
+ Các nguyên tố ở trong cùng một nhóm hay ở những
nhóm cạnh nhau thường có cấu tạo lớp võ điện tử hóa
trị, tính âm điện và đặc tính lý hóa giống nhau dễ tạo
thành dung dich rắn hịa tan vơ hạn.

8

4


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn

b. Dung dịch rắn thay thế
Dựa vào sự phân bố các nguyên tử chất tan
- Dung dịch rắn thay thế khơng có trật tự
Hầu hết sự phân bố nguyên tử hòa tan trong mạng tinh
thể của dung môi là đều đặn và có tính ngẫu nhiên được
gọi là dung dịch rán khơng có trật tự.
- Dung dịch rắn thay thế có trật tự
Trong thực tế có một số dung dịch rắn thay thế ở một số
điều kiện nhất định (về nhiệt độ, tốc độ nguội, nồng
độ…) các nguyên tử của nguyên tố hịa tan chỉ thay thế
các nút mạng nào đó theo một qui tắc nhất định gọi là
dung dịch rắn có trật tự.
9

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
b. Dung dịch rắn thay thế
- Ví dụ:
+ Hệ hợp kim Cu-Au khi làm nguội nhanh các nguyên
tử Cu, Au phân bố tùy ý như hình a tạo nên dung dịch
rắn khơng trật tự.

Cu
Au

Hình a

10

5



CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
- Ví dụ:
+ Sau khi ủ ở nhiệt độ xác định các nguyên tử Cu, Au
sắp xếp lại theo qui luật tạo nên ddr có trật tự.
~ Nếu tỷ lệ Cu-Au là 3:1 thì các nguyên tử Cu chiếm tất
cả các nút tâm của mặt khối cịn ngun tử Au chiếm
các đỉnh như hình b.
~ Nếu vơi tỷ lệ 1:1 thì các nguyên tử Cu chiếm nút tâm
của 4 mặt bên còn nguyên tử Au chiếm các đỉnh và 2
mặt đáy như hình c.

Cu

Cu
Au

Hình b

Hình c

Au

11

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
c. Dung dịch rắn xen kẽ
- Dung dịch rắn xen kẽ là dung dịch rắn mà nguyên tử

của nguyên tố hòa tan nằm ở điểm trống trong mạng
tinh thể của nguyên tố dung môi.
- Trong dung dịch rắn xen kẽ các
nguyên tử hịa tan phải có kích
thước bé hơn hẳn ngun tử dung
mơi để có thể lọt vào lỗ hổng của
mạng dung môi.

12

6


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
c. Dung dịch rắn xen kẻ
- Bằng thực nghiệm cho thấy sự hòa tan ddr xen kẽ xảy
ra khi tỷ số đường kính chất tan trên đường kính dung
mơi là dB/dA <0.59.

13

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
d. Tính chất Dung dịch rắn
- Dung dịch rắn có kiểu mạng của tinh thể dung mơi, nó
vẫn giữ được các tính chất cơ bản của kim loại dung
mơi
- Thành phần hóa học của dung dịch rắn thay đổi trong
một phạm vi nhất định mà không làm thay đổi kiểu

mạng (dung môi)
- Mạng tinh thể của dung dịch rắn luôn bị xô lệch cho
nên thơng số mạng của nó khác với thơng số mạng của
dung môi.
14

7


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
2. Dung dịch rắn
d. Tính chất Dung dịch rắn
- Dung dịch rắn có độ cứng, độ dẻo, độ dai tốt nên nó là
pha cơ sở của hợp kim kết cấu (hk thép, hk nhôm).

15

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
a. Hợp chất hố học hóa trị thường
- Đây là pha có mạng tinh thể phức tạp khác hẳn với
các nguyên tố thành phần, có thành phần hóa học hầu
như cố định (tương ứng với một cơng thức hóa học và
tn theo qui tắ ́ c hóa trị).
- Nó thường tạo thành giữa một ngun tố có tính âm
điện mạnh (á kim) và một ngun tố có tính dương điện
mạnh (kim loại)
- Các hợp chất hóa học hóa trị thường trong các hợp
kim là oxýt: FeO; Fe2O; MgO; Al2O3; hay cac hợp chất
Mg2Si; Mg2Sn; Mg2Sb; MgS; MnS…

- Hợp chất hóa học hóa trị thường có tính chất dịn, độ
cứng cao, có nhiệt độ nóng chảy cố định.
16

8


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
- Đây là các pha trung gian khơng tn theo qui tắc hóa
trị, khơng có thành phần hóa học chính xác (dao động
trong một khoảng nào đó) và có liên kết kim loại.
- Các pha trung gian loại này được tạo thành giữa kim
loại với kim loại hay giữa kim loại với á kim.

17

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha xen kẽ:
- Các á kim có đường kính ngun tử nhỏ (H, N, C…)
khơng những hịa tan xen kẽ vào các lỗ hổng của kim
loại chuyển tiếp có đường kính ngun tử lớn mà nó cịn
có khả năng tạo nên với kim loại pha mới có kiểu mạng
khác hẳn có tên gọi là Cácbit, Hydrit, Nitrit, Borit …gọi
chung là pha xen kẽ.
- Ta chia làm 2 loại, Pha xen kẽ kiểu mạng đơn giản và

Pha xen kẽ kiểu mạng phức tạp
.
18

9


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha xen kẽ:
# Pha xen kẽ kiểu mạng đơn giản
d
- Tỷ lệ đường kính d  0.59
- Chúng có kiểu mạng đơn giản giống kiểu mạng của
kim loại, các nguyên tử á kim nằm trong lỗ hổng giữa
các nguyên tử kim loại.
A

Me

19

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha xen kẽ:
# Pha xen kẽ kiểu mạng đơn giản

- Pha xen kẽ đơn giản có các đặc tính
+ Có liên kết kim loại nên mang đặc tính kim loại rõ rệt
(dẫn điện, dẫn nhiệt…)
+ Có nhiệt độ nóng chảy và độ cứng rất cao. (WC, TiC3500oC) nên thường được dùng làm dao cắt gọt kim
loại.

20

10


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha xen kẽ:
# Pha xen kẽ kiểu mạng phức tạp
d
- Tỷ lệ đường kính d  0.59
- Chúng có kiểu mạng phức tạp (khơng thường gặp)
- Pha xen kẽ kiểu mạng phức tạp có các đặc tính
+ Có liên kết kim loại
+ Có độ cứng và tính dịn cao
+ Có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng thua kém pha trung
gian đơn giản.
A

Me

21


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha điện tử-pha Hum-rôzeri:
- Pha này do nhà khoa hoc người anh Hum-rơzeri tìm ra
- Là pha phức tạp tạo nên bởi hai kim loại ở hai nhóm
+ Nhóm thứ nhất gồm các kim loại hóa trị 1: Cu, Ag, Au
và các kim loại chuyển tiếp Fe, Co, Pd…
+ Nhóm thứ 2 gồm các kim loại có hóa trị 2 đến 4: Be,
Mg, Zn, Cd, Al…
- Loại pha này có kiểu mạng riêng nhưng phải thỏa mãn
quy luật về trị số nồng độ điện tử Cdt.
Cdt 

nA .v A  nB .vB nA, nB: chỉ số của các nguyên trong cấu tạo pha
vA, vB: hóa trị của các nguyên.
nA  nB
22

11


CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỢP KIM
3. Các pha trung gian
b. Các loại pha trung gian khác có cấu tạo khơng
tn theo qui tắc hóa trị
* Pha điện tử-pha Hum-rơzeri:
- Đặc điểm:

+ Thành phần hóa học có thể thay đổi trong một phạm vi
hẹp
+ Có một số pha điện tử ở nhiệt độ cao các nguyên tử
phân bố tùy ý ở các nút mạng (khơng trật tự) có tính chất
của ddr do vậy có tính dẻo. Ở nhiệt độ thấp có thể sắp
xếp lại với trật tự nhất định lúc đó pha có tính dịn cao

23

12