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
Твердость, HRA

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			1300-1500

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.