Интерметаллиды.

Химические соединения металлов друг с другом называют интерметаллидами или металлидами. Большинство интерметаллидных соединений обладают достаточно высокими температурами плавления, прочностью и твердостью, что позволяет получать на их основе износостойкие, коррозионностойкие и жаростойкие поверхностные слои.

В сложнолегированных сплавах количество образующихся интерметаллидных соединений может быть достаточно велико. В качестве примера будут рассмотрены соединения, образующиеся в системе Ni-Al.

Алюминий со многими металлами (Ni, Co, Ti, Zr и др.) образует многочисленные соединения интерметаллидного типа. Наибольшее распространение в покрытиях, получаемых с помощью газотермического напыления, получили никелиды алюминия или алюминиды никеля NiAl и Ni Al.

Алюминиды и сплавы на их основе представляют интерес для покрытий, работающих при высоких температурах, окислительных средах, в условиях термических ударов. Характеризуются высокой температурой плавления (1400-1600°С) и жаропрочностью при окислении на воздухе до 1200°. Особенно ценны сплавы на основе NiAl и Ni Al комплекснолегированные хромом, вольфрамом, молибденом, кобальтом и др.

При напылении используют как готовые алюминиды (ПН 70 Ю 30; ПН 85 Ю 15 и др.), так и композиционные термореагирующие порошки (НА 67; ПТ НА 01 и др.).

Для получения стабильных свойств напыленных покрытий наиболее целесообразно использовать готовые алюминиды или сплавы на их основе. Однако адгезионная прочность (прочность сцепления с поверхностью) покрытий из готовых алюминидов значительно ниже, чем у термореагирующих порошков (до 30 МПа).

Применяемые композиционные термореагирующие порошки системы Ni-Al образуют алюминиды в результате экзотермической реакции:

Ni + Al = NiAl + Q

3Ni + Al = Ni Al + Q

Полнота протекания реакций зависит от температуры напыляемых частиц и времени их нахождения в реакционной зоне. При создании оптимальных условий реализуется максимальный тепловой эффект реакций. В реальных условиях газотермического напыления трудно добиться полного завершения экзотермических реакций и в покрытиях встречаются все фазы характерные для системы Ni-Al. Наряду с равновесными значительную долю составляют метастабильные фазы, обладающие еще более высокой микротвердостью Ni Al, NiAl, Ni Al , NiAl ).

Упрочняющие фазы металлоидного типа.

Для получения поверхностных слоев различного назначения в настоящее время широко используют металлоидные соединения типа карбидов, боридов, нитридов, оксидов и др. Физико-химические свойства соединений металлоидной группы весьма разнообразны.

Карбиды.

Карбиды представляют собой химические соединения металлов с углеродом. Карбиды – это широкий класс материалов, многие их которых имеют высокую температуру плавления, высокую твердость, как при нормальных, так и при повышенных температурах, жаростойкость к агрессивным средам и пр. Свойства некоторых карбидов представлены в таблице 13.1.

Таблица 13.1. Свойства карбидов.

Карбид	βMo C	γW C	TiC
Температура плавления, Т , °С	2522	2780	3067
Твердость, HRA	74	80	93

По степени возрастания сродства к углероду металлы можно расположить в следующий ряд: Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ti, Nb.

В зависимости от расположения атомов углерода в кристаллической решетке карбидов их разделяют на 3 основные группы:

1. Карбиды с кубической кристаллической решеткой (карбид титана TiC, карбид циркония ZrC и др.).

Атомы углерода располагаются в промежутках между атомами металлов, образуют фазы внедрения. Многие карбиды, имеющие кубическую решетку, обладают широкими областями гомогенности. Этим объясняется, что удаление ряда атомов углерода из решетки карбида не приводит к разрушению соединения и существенному изменению его свойств.

Например, в TiC содержание углерода может изменяться от 20 до 50% (атомарных) без значительного изменения вида и свойств кристаллической решетки. Однако появляется возможность замещения недостающих атомов углерода в карбиде другими атомами (кислорода, азота и др.).

2. Карбиды с гексагональной кристаллической решеткой (карбид вольфрама W C, карбид молибдена Mo C и др.).

Многие свойства аналогичны карбидам с кубической решеткой. Однако кристаллическая решетка неустойчива при удалении из нее атомов углерода.

3. Карбиды со сложной структурой (карбид хрома Cr C ; карбид ниобия α - Nb C и др.).

Атомы углерода расположены не изолированно один от другого, как это было в предыдущих группах, а образуют цепочки, пронизывающие решетку металлических атомов. Такие структуры часто называют ромбическими (орторомбическими - Cr C ; ромбоэдрическими - В С).

При полном расплавлении многие высшие карбиды переходят в низшие. При этом углерод выделяется в форме графита:

(МеС)_высший → (МеС)_низший + С_графит

Карбиды бора и кремния несмотря на высокую твердость не получили широкого распространения в покрытиях, так как при высоких температурах диссоциируют без расплавления.

При высоких температурах карбиды интенсивно окисляются. Температуры активного окисления приведены в таблице 13.2.

Таблица 13.2. Температуры активного окисления карбидов.

Карбид	WC, Mo С	В С	Cr С , Cr С , Cr С	TiC	ZrC
Т, К	900	1100	1300-1500	1400	1500

Невысокое сопротивление окислению у карбидов ванадия, ниобия, молибдена и вольфрама объясняется образованием на их поверхности легкоплавкой летучей оксидной пленки.

При окислении карбидов титана, циркония, кремния, хрома на поверхности образуется защитная пленка из прочных оксидов, затрудняющая окисление в глубине.

Чисто карбидные покрытия отличаются высокой хрупкостью, поэтому в покрытия, содержащие карбиды в качестве связки, вводят материалы, обладающие достаточно высокой пластичностью.