![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
2. Химические соединения
Химические соединениям родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерные особенности химических соединений, образованных до закону нормальной валентности, приведены ниже.
1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. Атомы в решетке химического соединения располагаются упорядочено, т.е. атомы каждого компонента расположены закономерно и по определенным узлам решетки. Большинство химических соединений имеют сложную кристаллическую структуру.
2.
В соединении всегда сохраняется простое
кратное соотношение компонентов.
Это позволяет выразить их состав простой
формулой
,
гдеА
и В
—
соответствующие элементы; п
и т
– простые числа.
3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.
4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.
5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.
В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.
В качестве примера типичных химических соединений с нормальной валентностью можно указать на соединения магния с элементами IV—VI групп Периодической системы: Mg2Sn, Mg2Pb, Mg2P2, Mg3Sb2, Mg3Bi2, MgS и др. Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметаллидов или интерметаллических соединений. Химическая связь между атомами в интерметаллидах чаще металлическая.
Соединения металла с неметаллом (нитриды, карбиды, гидриды и т.д.), которые могут обладать металлической связью, нередко также называют металлическими соединениями.
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.
Ниже будут рассмотрены наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах.
Фазы внедрения. Переходные металлы (Fe, Mn, Сr, Мо и др.) образуют с углеродом, азотом, бором и водородом, т.е. с элементами, имеющими малый атомный радиус, соединения: карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют общность строения и свойств и часто называются фазами внедрения.
Фазы внедрения имеют формулу M4X (Fe4N, Mn4N и др.), М2Х (W2C, Мо2С, Fe2N, Cr2N и др.), MX (WC, TiC, VC, NbC, TiN, VN и др.).
Кристаллическая
структура фаз внедрения определяется
соотношением атомных радиусов неметалла
()
и металла (
).
Если
,
то атомы металла в этих фазах расположены
по типу одной из простых кристаллических
решеток: кубической или гексагональной,
в которую внедряются атомы неметалла,
занимая в ней определенные поры.
Фазы внедрения являются фазами переменного состава, а соответствующие им химические формулы обычно характеризуют максимальное содержание в них неметалла. Фазы внедрения обладают высокой электропроводностью, уменьшающейся с повышением температуры. Карбиды, относящиеся к фазам внедрения, имеют высокую температуру плавления. Многие фазы внедрения обладают высокой твердостью. Рассмотренные выше твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации второго компонента (С, N, Н) и имеют решетку металла растворителя, тогда как фазы внедрения получают кристаллическую решетку, отличную от решетки металла.
Если условие
не выполняется, как это наблюдается для
карбида железа, марганца и хрома, то
образуются соединения с более сложными
решетками, и такие соединения нельзя
считать фазами внедрения. На базе фаз
внедрения легко образуются твердые
растворы вычитания, называемые иногда
твердыми растворами с дефектной решеткой.
В твердых растворах вычитания часть
узлов решетки, которые должны быть
заняты атомами одного из компонентов,
оказываются свободными. В избытке, по
сравнению со стехиометрическим
соотношением
,
имеется другой компонент.
Растворы вычитания образуются, например, в карбидах VС, TiC, ZnC, NbC и др.
Электронные
соединения.
Эти соединения чаще образуются между
одновалентными (Сu,
Ag,
Au,
Li,
Na)
металлами или металлами переходных
групп (Mn,
Fe,
Co
и др.), с одной стороны, и простыми
металлами с валентностью от
2 до
5 (Be,
Mg,
Zn,
Cd,
Al
и др.) с другой стороны. Соединения
этого типа имеют определенное отношение
числа валентных электронов к числу
атомов, т. е. определенную электронную
концентрацию. Так, существуют соединения,
у которых это отношение в одних случаях
равно
,
в других
,
в третьих
.
Каждому из указанный соотношений
соответствуют и определенные типы
кристаллической решетки.
Все соединения с
электронной концентрацией, равной
,
имеют кубическую объемно-центрированную,
сложную кубическую или гексагональную
решетку и обозначаются как β-соединения.
К соединениям этого типа относятся
CuBe,
CuZn,
Сu3А1,
Cu5Sn,
CoAl,
FeAl
и др.
Соединения с
электронной концентрацией
имеют сложную решетку и обозначаются
γ-фазой. К ним относятся соединенияCu5Zn8,
Cu31Sn8,
Cu9А14,
Cu31Si8
и др.
Соединения с
электронной концентрацией
имеют плотноупакованную гексагональную
решетку и обозначаются ε-фазой. К ним
относятся соединения СuZn3,
СuСd3,
Cu3Si,
Cu3Sn,
Аu3Sn
и др.
Электронные соединения подобно обычным химическим соединениям имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки образующих их компонентов. Но в отличие от химических соединений с нормальной валентностью электронные соединения образуют с компонентами, из которых они состоят, твердые растворы в широком интервале концентраций.