Контрольная работа: Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твёрдые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры
3. Свойства соединения редко отличаются от свойств образующих его компонентов. Cu – НВ35; Al – НВ20; CuAl2 – НВ400.
4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.
5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.
Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.
Рисунок 7. Кристаллические решетки: а, б – соединение NaCl, в- соединение Cu2 MnSn (ячейка состоит из 8 атомов меди, 4 атомов марганца и 4 атомов олова)
Примером типичных химических соединений с нормальной валентностью могут служить соединения Mg с элементами IV–VІ группПериодическойсистемы:Mg2 Sn, Mg2 Pb, Mg2 P2 , Mg2 Sb2 , Mg3 Bі2 , MgS и др. Соединения одних металлов с другими носят название интерметаллидов. Химическая связь в интерметаллидах чаще металлическая.
Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, отличается по некоторым особенностям от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава. Рассмотрим наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах.
Фазы внедрения
Переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W и др.) образуют с неметаллами С, N , Н соединения: карбиды (с С ), нитриды (с N ), бориды (с В ), гидриды (с Н ). Часто их называют фазами внедрения.
Фазы внедрения имеют формулу:
М4 Х (Fe4 N, Mn4 N и др.),
М2 Х (W2 C, Mo2 C, Fe2 N, Cr2 N и др.),
МХ (WC, TiC, VC, NbC, TiN, VN и др.).
Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rх) и металла (Rм).
Если Rх/Rм < 0,59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) и гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.
Фазы внедрения являются фазами переменного состава, а соответствующие им формулы (химические) обычно характеризуют максимальное содержание в них металлов.
Фазы внедрения обладают высокой: электропроводностью, температурой плавления и высокой твёрдостью.
Фазы внедрения имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки металла растворителя.
На базе фаз внедрения легко образуются твердые растворы вычитания (VC,TiC,ZrC,NbC), часть атомов в узлах решетки отсутствует.
Электронные соединения.
Эти соединения образуют между одновалентными (Cu,Ag,Au, Li, Na) металлами или металлами переходных групп (Mn,Fe, Co и др.), с одной стороны, и с простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al и др.) с другой стороны.
Соединения этого типа (определил английский металлофизик Юм – Розери), характеризуются определенным отношением валентных электронов к числу атомов: 3/2; 21/13; 7/4; каждому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка.
При отношении 3/2 образуется ОЦК решетка (обозначается β – фаза) (CuBe, CuZn, Cu3 Al, Cu5 Sn, CoAl, FeAl).
При 21/13 имеют сложную кубическую решетку (52 атома на ячейку) – γ – фаза (Cu5 Zn8 , Cu31 Sn8 , Cu9 Al4 , Cu31 Si8 ).
При 7/4 имеется плотноупакованная гексагональная решетка, обозначается ε – фазой (CuZn3 , CuCd3 , Cu3 Si, Cu3 Sn, Au3 Sn, Cu5 Al3 ).
Электронные соединения встречаются во многих технических сплавах – Cu и Zn, CuиSn (олово), FeиAl, Cu и Siи т.п. Обычно в системе наблюдается все три фазы (β, γ, ε).
У электронных соединений определенное соотношение атомов, кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов – это признаки хим. соединений. Однако в соединениях нет упорядоченного расположения атомов. С понижением температуры (после нагрева) происходит частичное упорядочение, но не полное. Электронные соединения образуют с компонентами, из которых состоят твердые растворы в широком интервале концентраций.
Таким образом, этот вид соединений следует считать промежуточными между химическими соединениями и твердыми растворами.