气体在金属中的溶解

一、气体的溶解过程
直接溶入液态金属 液态金属； 原子或离子状态 → 直接溶入液态金属； 分子状态的气体 先分解为原子或离子之后再溶 分子状态的气体 → 先分解为原子或离子之后再溶 解到液态金属中。 解到液态金属中。 双原子气体溶入金属液的两种方式： 双原子气体溶入金属液的两种方式： 吸附 — 分解 — 溶入 分解 — 吸附 — 溶入
双原子气体溶入金属液的两种方式
温度不够高或气体难以分解时
焊接温度下氢、 焊接温度下氢、氧等气体的溶解
二、气体的溶解度
溶解度 —— 在一定温度和压力条件下，气体溶 在一定温度和压力条件下，
入金属的饱和浓度。 入金属的饱和浓度。
温度与压力 温度与压力 溶解度S的 溶解度 的 影响因素 气体种类 合金成分
（ PN2 ＝PH2 = 0.1MPa ）
类金属吸氢过程是放热反应， 第II类金属吸氢过程是放热反应，因此随 类金属吸氢过程是放热反应 a） 着温度的升高，氢的溶解度减小， 着温度的升高，氢的溶解度减小，
SH/mL.(100g)-1
b）
T/℃ ℃
SH/mL.(100g)-1
T/℃ ℃
氢在不同金属中的溶解度随温度的变化（ 图7-9 氢在不同金属中的溶解度随温度的变化（pH2＝0.1MPa） ） a）I类金属 b）II类金属 ） 类金属 ） 类金属
放热反应
能形成稳定氢化物
氮、氢在铁中的溶解度
在铁的气化温度附近， 在铁的气化温度附近， 气体溶解度陡降。 气体溶解度陡降。 氮、氢在液态铁中的溶解 度随温度升高而增大。 度随温度升高而增大。 氮、氢在金属凝固 时溶解度陡降。 时溶解度陡降。 氮、氢在奥氏体中的 溶解度大于铁素体。 溶解度大于铁素体。
氢 溶 解 度 SH/ ml. (10 0g)
-1
3、合金成分对溶解度的影响
源自文库
氮 溶 解 度 SN/ ％
合金元素含量wMe /% 氢在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
合金元素含量wMe /% 氮在二元系铁合金中的溶解度（1600℃）
气体在金属中的溶解
在焊接和熔铸过程中， 在焊接和熔铸过程中，与液态金属接触的气体可分为简 单气体和复杂气体两大类。前者如 单气体和复杂气体两大类。前者如H2、N2、O2等，后者 如CO2、H2O、CO等。本节主要讨论 H2、N2 和 、 等 在金属中的溶解规律。 在金属中的溶解规律。
O2
一、气体的溶解过程 二、气体的溶解度
1．温度和压力的影响
理想气体溶解度的平方根定律： 理想气体溶解度的平方根定律：
S = k
x
Px
Px 为气体分压， Px ↑ → 溶解度↑ 气体分压， 溶解度↑ Kx 为常数，取决于温度和金属的种类。 为常数，取决于温度 金属的种类 温度和 的种类。
金属吸收气体为吸 金属发生相变时， 金属发生相变时， 当金属由液相转变 热反应， 热反应，溶解度随温 由于金属组织结构的 为固相时， 为固相时，溶解度的 度的升高而增加； 度的升高而增加；金 变化， 变化，气体的溶解度 突然下降将对铸件和 属吸收气体为放热反 将发生突变。 将发生突变。液相比 焊件中气孔的形成产 应，溶解度随温度的 固相更有利于气体的 上升而降低。 上升而降低。 溶解。 溶解。 生直接的影响。 生直接的影响。
氧在金属中的溶解度与温度的关系 氧在金属中的溶解度与温度的关系
溶 解 度 SO/% /%
氧在液态铁中的溶解度随 温度升高而增大
温度 T/℃ ℃
液态金属中加入能提高气体含量的合金元素， 液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的 溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（ 溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即 氧化合物），则降低气体的溶解度。 ），则降低气体的溶解度 氮、氢、氧化合物），则降低气体的溶解度。
1 溶 解 度 2
温度 气体溶解度与热效应和温度的关系 1－吸热溶解 2－放热溶解 － －
2、氮、氢、氧在金属中的溶解度
氮和氢在金属或合金中的溶解反应类型及形成化合物倾向
气体 金 属与合金 铁和铁基合金 氮 Al、Ti、V、Zr等金属及合金 、 、 、 等金属及合金 Fe、Ni、Al、Cu、Mg、Cr、Co 、 、 、 、 、 、 等金属及合金 氢 Ti、Zr、V、Nb、Ta、Th 、 、 、 、 、 等金属及合金 放热反应 吸热反应 不能形成稳定氢化物 溶解反应类型 吸热反应 能形成稳定氮化物 形成化合物倾向