2원계 공정 상태도 (eutectic phase diagram)

Binary eutectic phase diagram [1]

위의 구리-은 2원계 상태도는 대표적인 공정 반응(eutectic reaction)을 보여줍니다. alpha 상의 용해 한계는 상 영역을 나누는 경계선인 CBA를 따라 형성된다고 생각할 수 있습니다. 이 경계선은 저온에서 온도에 따라 증가하여 B 지점에서 최대값 (8.0 wt%의 Ag, 779°C)에 이르게 됩니다. B에서 C를 연결하는 고체 용해 한계선을 solvus line이라고 합니다. AB는 solidus line이라고 합니다. beta 상의 경우에도 solvus line과 solidus line인 HG와 GF가 존재하며, 구리의 beta 상에서 최대용해량인 지점 G(8.8 wt% Cu)도 779°C에서 발생합니다. 이러한 최대용해량을 나타내는 두 지점 사이를 이어주는 수평선 BEG는 조성축에 평행하며, 이것은 어떤 구리-은 합금에 대한 평형 상태에서 액체 상태가 존재할 수 있는 최저 온도를 나타내기도 하며, 이것을 solidus line으로도 간주할 수 있습니다.

 

Solvus line

Solvus line은 고체 상태 합금에서 일어나는 상태 변화가 일어나는 경계선을 의미하며, 주로 두 가지 주요 상태 변화와 관련이 있습니다.

1. 고체 용매 내의 다른 고체 물질의 용해: 일반적으로 용매에 녹아들면서 고체 상태에서 고체 용매와 함께 고체 용질로 변화합니다.
2. 용매에서의 용질의 결정: 농도가 높아지면 용질이 용매에서 다시 결정화되어 고체로 형성됩니다.

Solvus line은 두 상태 변화가 균형을 이루는 온도와 농도를 나타내는 선이며, 이를 통해 용매와 용질 사이의 상태 변화를 이해하고 예측할 수 있습니다. 

 

Solidus line

Solidus line은 두 상태 변화가 균형을 이루는 온도를 나타내는 선

 

Solidus Line(고상선)은 합금이나 용합물에서의 상태 변화를 설명하는 중요한 개념 중 하나입니다. 이 개념은 주로 고체와 액체 상태 간의 변화를 나타냅니다.

1. 고체와 액체 경계: Solidus line은 고체 상태와 액체 상태 사이의 경계 또는 경계선입니다. 이 경계는 합금의 온도와 성분에 따라 변화합니다.
2. 녹는 온도: Solidus line은 주로 고체 상태에서 액체로의 변화가 시작되는 온도를 나타냅니다. 즉, 합금이 이 온도를 넘어가면 고체 상태에서 액체로 변합니다.
3. 온도 및 합금 성분의 종속성: Solidus line은 합금의 성분과 온도에 따라 위치가 변하는데, 이것은 특정 합금의 고체-액체 상태 변화 온도를 나타내는 중요한 정보입니다.

Solidus line은 합금의 녹는 온도를 결정하거나 재료의 성질을 이해하는 데 중요한 도구로 활용됩니다. 또한, 합금의 구성, 성질 및 가공 가능성을 파악하는 데 도움이 되며, 재료의 열 처리 및 다양한 제조 공정을 설계하는 데 사용됩니다.

 

Solidus Line(고상선)와 Solvus Line(고체 용해한계선)은 합금이나 용합물에서 발생하는 두 가지 상태 변화를 설명하며, 그 차이는 다음과 같습니다:

1. Solidus Line (고상선):
   • Solidus Line은 주로 고체 상태에서 액체 상태로 변화하는 온도를 나타냅니다.
   • 이 선은 용질이 고체 상태에서 액체로 변하는 온도를 의미하며, 이 온도보다 높은 온도에서는 용질이 액체 상태로 존재합니다.
   • Solidus Line은 합금이나 용합물이 처음으로 고체에서 액체로 변하는 지점을 나타냅니다.
2. Solvus Line (고체 용해한계선):
   • Solvus Line은 고체 상태에서의 상태 변화를 나타내며, 주로 두 개 이상의 고체 상태로 나뉠 때 사용됩니다.
   • 이 선은 고체 용질이 다른 고체 상태로 변화하거나 다른 물질과 용해한 농도에 따라 달라집니다.
   • Solvus Line은 주로 고체 상태 내에서의 용질의 용해 한계를 나타냅니다.

Liquidus line

은을 구리에 첨가함에 따라 합금이 완전히 액체가 되는 온도가 액상선(liquidus line)인 AE선을 따라 낮아지며, 이로써 은 첨가로 인해 구리의 녹는 온도가 낮아집니다. 마찬가지로 은에 대해서도 동일한 내용이 적용됩니다. 즉, 구리의 첨가는 완전한 녹음 온도를 의미하는 다른 액선인 FE선을 따라 낮춥니다. 이러한 liquidus line은 상태도 상에서 점 E에서 만나며, 이 지점은 조성 CE와 온도 TE로 지정됩니다.

Liquidus line은 다음과 같이 정의될 수 있습니다.

1. 고체와 액체 상태 경계: Liquidus line은 주로 고체와 액체 상태 사이의 경계를 나타냅니다. 이것은 합금의 온도와 조성에 따라 변하는 선이며, 이 선 위에 있는 지점은 액체 상태를 나타냅니다.
2. 액체로의 녹는 온도: Liquidus line은 물질이 고체에서 액체로 변화하는 온도를 표시합니다. 합금이나 용합물이 이 온도를 넘어가면 고체 상태에서 액체로 변합니다.
3. 조성의 영향: Liquidus line은 조성에 따라 다양한 지점에서 변하며, 특정 조성에서 어떤 온도에서 액체 상태로 변화하는지를 보여줍니다. 이는 합금의 조성에 따라 달라집니다.

 

참고

[1] William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering

[2] 공정 합금 (eutectic alloy)에서의 미세조직 변화 (tistory.com)