2. ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Химические соединения и родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерные особенности химических соединений, образованных по закону нормальной валентности, приведены ниже.

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение.

2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов. Это позволяет выразить их состав простой формулой где А и В — соответствующие элементы; — 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: и др.

Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметалладову или интерметаллических соединений.

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 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 .

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. Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, обладают высокой твердостью.

Рассмотренные выше твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации второго компонента 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 .

Электронные соединения. Эти соединения чаще образуются между одновалентными металлами или металлами переходных групп , с одной стороны,

и простыми металлами с валентностью от 2 до , 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 3/2 (1,5); в других в третьих Каждому из указанных соотношений соответствуют и определенные типы кристаллической решетки.

Все соединения с электронной концентрацией, равной 3/2 (1,48), имеют кубическую объемно центрированную, сложную кубическую или гексагональную решетку и обозначаются как -соединения. К соединениям этого типа относятся и др.

Соединения с электронной концентрацией 21/13 (1,62) имеют сложную решетку и обозначаются -фазой. К ним относятся соединения и др.

Соединения с электронной концентрацией 7/4 (1,75) имеют плотноупакованную гексагональную решетку и обозначаются -фазой. К ним относятся соединения 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.

Фазы Лавеса. Эти фазы имеют формулу и образуются между компонентами типа А и В при отношении атомных диаметров (чаще Фазы Лавеса имеют плотноупакованную кристаллическую решетку гексагональную или гранецентрированную кубическую . К фазам Лавеса относятся .

Кроме рассмотренных металлических соединений существует и ряд других, например фазы со структурой никельарсенида а также фазы, обозначаемые но о них будет сказано при рассмотрении конкретных сплавов.