Фазы внедрения

Система металл-неметалл

2.1.1 Фазы с ионным типом связи

К ним относятся простые и двойные оксиды металлов.

В частности FeO – вюстит имеет решетку ГЦК типа NaCl. В решетке все кислородные узлы заполнены, а часть металлических узлов свободна.

Возникает структура вычетания с недостатком ионов металла. Такая структура приводит к появлению полупроводниковых свойств и снижению сопротивления окалинообразования из-за увеличения диффузии.

Другой пример – оксид железа – Fe3O4. Это двойной оксид – FeO*Fe2O3. Кристаллическая решетка оксида – шпинель. Обладает ферримагнитными свойствами (особыми магнитными свойствами). Большая плотность упаковки решетки способствует высокому сопротивлению химической коррозии.

2.1.2. Фазы с ионно-ковалентным типом связи.

Фазы образуются при взаимодействии металлов I-III группы с неметаллами V-VI группы подгруппы В (сульфиды, фосфиды) ZnS, AlP. Фазы обладают полупроводниковыми свойствами.

2.1.3. Фазы с металлическим типом связи.

Фазы образуются при взаимодействии переходных металлов с: C,N,H,B (карбиды, нитриды, гидриды, бориды)

В зависимости от соотношения радиусов металла и неметалла образуются либо фазы внедрения, либо другие фазы.

- Если Rнм/Rм < 0,59, то образуется простая пространственная решетка; атомы неметалла располагаются в порах (это фазы внедрения).

- Если Rнм/Rм > 0,59, атом неметалла не может располагаться в порах и образуется сложнее пространственные решетки.

Имеют решетки, типичные для чистых металлов: ГЦК, ГПУ (при этом тип решетки не совпадает с типом решетки металла)

Химический состав фаз указывается формулам: MeX, Me2X, Me4X, MeX4.
Примеры:
MeX – TiC; NbC, VC, MoC, WC

Me2X – Mo2C, W2C, Cr2N

Me4X – Fe4N

MeX4 - TiH4, ZrH4

В фазах внедрения преобладает металлическая связь, поэтому эти фазы имеют: высокую электропроводность, положительный коэффициент электрического сопротивления (как у чистых металлов и твердых растворов)

Доля ковалентной связи приводит к очень высокой тугоплавкости (Ti-3150ºC, TiN- 2940 ºC, ZrC - 3530 ºC, NbC - 3500ºC), твердости (близкой к алмазу). Фазы внедрения служат основой специальных твердых сплавов для режущих инструментов.

Карбиды с Rнм/Rм >0,59

Fe3C – карбид железа (Rc/RFe=0,605), cложная пространственная решетка. (цементит)

Cr23C6 карбиды хрома (сплошная ромбическая решетка)

Cr7C6 – тригональная решетка

Mn3C – карбид марганца

Эти промежуточные фазы отличаются высокой твердостью, хрупкостью, но уступают по этим свойствам фазам внедрения.

2.2. Система металл-металл

Образуются фазы с металлическим типом связи (интерметаллизы). Определяющим для этих фаз является значение электронной концентрации. К ним относятся электронные фазы, фазы Лавеса, ϐ-фазы.

2.2.1. Электронные фазы. (Фазы Юм-Розери)

Эти фазы образуются в сплавах, один из компонентов которых – одновалентный (медь и др.) или переходный металл (Fe, Ni и др.), другой компонент – простой металл с валентностью от 2х до 5ти (Zn,Al,Be и др.)

Это фазы переменного состава. Для максимального содержания металла более высокой валентности характерно определенное значение электронной концентрации 3/2, 7/4, 21/13, то есть отношение валентных электронов к числу атомов. Фазы с этими значениями электронной концентрации принято обозначать…..

В качестве примера можно привести фазы Cu и Zn.

	CuZn 1*1 2*1	Cu5Zn8 1*5 2*8	CuZn3 1*1 2*3
Валентность, Σ
Число атомов, Σ
Электронная конц.	3/2	12/13	7/4
	β	α	ε
	ОЦК Близка по свойствам к твердым растворам, не облад. высокой твердостью и отлич. пластичностью. При упорядочении, возникает β фаза, которая более тверда и хрупка.	Сложная кубическая решетка, упорядоченная фаза, обладает хрупкостью	ГПУ неупорядо-ченная фаза

Электронные соединения присутствуют во многих сплавах на медной основе: латунях (Cu-Zn); бронзах (Cu-Al, Cu-Zn)

2.2.2. Фазы Лавеса

Это фазы практически постоянного состава AB2, которые образованы металлами самых разных групп. Определяющим для них является размерный фактор; атомный радиус элемента В меньше атомного радиуса элемента А на 20-30%.

Фазы Лавеса имеют: упорядоченные сложные кубические или гексагональные решетки. Являются диамагнетиками. Примеры: NbFe2,MoFe2,TiFe2,TiCr2 – присутствуют в жаропрочных сплавов.

2.2.3. ϐ – фаза

Это фазы переменного состава, образуются при сплавлении переходных металлов, имеющих близкие атомные радиусы. Характерны для сталей с хромом.

ϐ - фазы имеют сложную, частично упорядоченную решетку. Хрупка и тверда. Ее появление в сталях приводит к резкому увеличению хрупкости и твердости (для коррозионно-стойких конструкционных сталей).

Дата добавления: 2014-01-11