Уравнение реакции хрома с углеродом

Хром. Химия хрома и его соединений

Положение в периодической системе химических элементов

Хром расположен в 6 группе (или в побочной подгруппе VI группы в короткопериодной форме ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение атома хрома

Электронная конфигурация хрома в основном состоянии :

+24Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 1s 2s 2p

3s 3p 4s 3d

Примечательно, что у атома хрома уже в основном энергетическом состоянии происходит провал (проскок) электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.

Физические свойства

Хром – твердый металл голубовато-белого цвета. Очень чистый хром поддается механической обработке. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Чаще всего хром применяется, как компонент сплавов, которые используются при изготовлении медицинского или химического технологического оборудования и приборов.

Изображение с портала top10a.ru

Температура плавления 1890 о С, температура кипения 2680 о С, плотность хрома 7,19 г/см 3 .

Нахождение в природе

Хром – довольно распространенный металл в земной коре (0,012 масс.%). Основной минерал, содержащий хром – хромистый железняк FeO·Cr₂O₃ (или Fe(CrO₂)₂).

Способы получения

Хром получают из хромита железа. Для восстановления используют кокс:

Fe(CrO₂)₂ + 4C → Fe + 2Cr + 4CO

Еще один способ получения хрома: восстановление из оксида алюминием (алюмотермия):

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы хрома +2 – взаимодействие избытка солей хрома (II) с щелочами . При этом образуется коричневый аморфный осадок гидроксида хрома (II).

Например , хлорид хрома (II) взаимодействует с гидроксидом натрия:

CrCl₂ + 2NaOH → Cr(OH)₂ + 2NaCl

Качественная реакция на ионы хрома +3 – взаимодействие избытка солей хрома (III) с щелочами . При этом образуется серо-зеленый аморфный осадок гидроксида хрома (III).

Например , хлорид хрома (III) взаимодействует с гидроксидом калия:

CrCl₃ + 3KOH → Cr(OH)₃ + 3KCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид хрома (III) растворяется с образованием комплексной соли:

Обратите внимание , если мы поместим соль хрома (III) в избыток раствора щелочи, то осадок гидроксида хрома (III) не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения хрома (III) сразу переходят в комплекс:

Соли хрома можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей хрома (II) с водным раствором аммиака также образуется коричневый осадок гидроксида хрома (II).

CrCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O → Cr(OH)₂↓ + 2NH₄Cl

Cr 2+ + 2NH₃ + 2H₂O → Cr(OH)₂↓ + 2NH₄ +

При взаимодействии растворимых солей хрома (III) с водным раствором аммиака также образуется серо-зеленый осадок гидроксида хрома (III).

CrCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Cr(OH)₃↓ + 3NH₄Cl

Cr 3+ + 3NH₃ + 3H₂O → Cr(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Химические свойства

В соединениях хром может проявлять степени окисления от +1 до +6. Наиболее характерными являются соединения хрома со степенями окисления +3 и +6. Менее устойчивы соединения хрома со степенью окисления +2. Хром образует комплексные соединения с координационным числом 6.

1. При комнатной температуре хром химически малоактивен из-за образования на его поверхности тонкой прочной оксидной пленки. При нагревании оксидная пленка хрома разрушается, и он реагирует практически со всеми неметаллами: кислородом, галогенами, серой, азотом, кремнием, углеродом, фосфором.

1.1. При взаимодействии хрома с галогенами образуются галогениды:

2Cr + 3Cl₂ → 2CrCl₃

1.2. Хром реагирует с серой с образованием сульфида хрома:

1.3. Хром взаимодействует с фосфором . При этом образуется бинарное соединение – фосфид хрома:

Cr + P → CrP

1.4. С азотом хром реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Cr + N₂ → 2CrN

1.5. Хром не взаимодействует с водородом.

1.6. Хром взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2. Хром взаимодействует и со сложными веществами:

2.1. Хром реагирует с парами воды в раскаленном состоянии:

2.2. В ряду напряжений хром находится левее водорода и поэтому в отсутствии воздуха может вытеснить водород из растворов минеральных кислот (соляной и разбавленной серной кислоты), образуя соли хрома (II).

Например , хром бурно реагирует с соляной кислотой :

Cr + 2HCl → CrCl₂ + H₂↑

В присутствии кислорода образуются соли хрома (III):

4Cr + 12HCl + 3O₂ → 4CrCl₃ + 6H₂O

2.3. При обычных условиях хром не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат хрома (III) и вода:

2.4. Хром не реагирует при обычных условиях с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

Только при сильном нагревании концентрированная азотная кислота растворяет хром:

2.5. Растворы щелочей на хром практически не действуют.

2.6. Однако хром способен вытеснять многие металлы , например медь, олово, серебро и др. из растворов их солей.

Например , хром реагирует с хлоридом меди с образованием хлорида хрома (III) и меди:

2Cr + 3CuCl₂ → 2CrCl₃ + 3Cu

Восстановительные свойства хрома также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами, хлоратами в щелочной среде.

Например , при сплавлении хрома с хлоратом калия в щелочи хром окисляется до хромата калия:

Хлорат калия и нитрат калия также окисляют хром:

Оксид хрома (III)

Способы получения

Оксид хрома (III) можно получить различными методами :

1. Термическим разложением гидроксида хрома (III):

2. Разложением дихромата аммония:

3. Восстановлением дихромата калия углеродом (коксом) или серой:

Химические свойства

Оксид хрома (III) – типичный амфотерный оксид . При этом оксид химически довольно инертен. В высокодисперсном состоянии с трудом взаимодействует с кислотами и щелочами.

1. При сплавлении оксида хрома (III) с основными оксидами активных металлов образуются соли-хромиты.

Например , оксид хрома (III) взаимодействует с оксидом натрия:

2. Оксид хрома (III) взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—хромиты, а в растворе реакция практически не идет . При этом оксид хрома (III) проявляет кислотные свойства.

Например , оксид хрома (III) взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием хромита натрия и воды:

3. Оксид хрома (III) не взаимодействует с водой.

4. Оксид хрома (III) проявляет слабые восстановительные свойства . В щелочных расплавах окислителей окисляется до соединений хрома (VI).

Например , оксид хрома (III) взаимодействует с нитратом калия в щелочной среде:

Оксид хрома (III) окисляется бромом в присутствии гидроксида натрия:

Озоном или кислородом:

Нитраты и хлораты в расплаве щелочи также окисляют оксид хрома (III):

5. Оксид хрома (III) в высокодисперсном состоянии при сильном нагревании взаимодействует с сильными кислотами .

Например , оксид хрома (III) реагирует с серной кислотой:

6. Оксид хрома (III) проявляет слабые окислительные свойства при взаимодействии с более активными металлами.

Например , оксид хрома (III) реагирует с алюминием (термит):

Реакция очень экзотермическая, сопровождается выделением большого количества света:

Материал с сайта pikabu.ru

Если сжечь большой объем термита в тигле, то можно получить металлический хром:

Материал с сайта pikabu.ru

7. Оксид хрома (III) – твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например , из карбоната калия:

Оксид хрома (II)

Химические свойства

Оксид хрома (II) имеет основный характер, ему соответствует гидроксид хрома (II), обладающий основными свойствами.

1. При обычной температуре устойчив на воздухе, выше 100°С окисляется кислородом . Все соединения хрома (II) – сильные восстановители.

2. При высоких температурах оксид хрома (II) диспропорционирует :

3CrO → Cr + Cr₂O₃

3. Оксид хрома (II) не взаимодействует с водой.

4. Оксид хрома (II) проявляет основные свойства. Взаимодействует с сильными кислотами и кислотными оксидами .

Например , оксид хрома (II) взаимодействует с соляной кислотой:

CrO + 2HCl → CrCl₂ + H₂O

И с серной кислотой:

Оксид хрома (VI)

Оксид хрома (VI) CrO₃ – темно-красное кристаллическое вещество. Гигроскопичен, расплывается на воздухе, малоустойчив, разлагается при нормальных условиях.

Способы получения

Оксид хром (VI) можно получить действием концентрированной серной кислоты на сухие хроматы или дихроматы:

Химические свойства

Оксид хрома (VI) – кислотный. Сильно ядовит. Оксиду хрома (VI) соответствуют хромовая (H₂CrO₄) и дихромовая (H₂Cr₂O₇) кислоты.

Изображение с портала chemres.ru

1. При взаимодействии оксида хрома (VI) с водой образуется хромовые кислоты:

2. Оксид хрома (VI) проявляет кислотные свойства. Взаимодействует с основаниями и основными оксидами .

Например , оксид хрома (VI) взаимодействует с гидроксидом калия с образованием хромата калия:

Или с оксидом лития с образованием хромата лития:

3. Оксид хрома (VI) – очень сильный окислитель : окисляет углерод, серу, иод, фосфор, превращаясь при этом в оксид хрома (III).

Например , сера окисляется до оксида серы (IV):

Оксид хрома (VI) также окисляет сложные вещества, например , сульфиты:

И некоторые органические веществ, например , этанол:

Гидроксид хрома (III)

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)₃ – это твердое вещество серо-зеленого цвета.

Способы получения

1. Гидроксид хрома (III) можно получить действием раствора аммиака на соли хрома (III).

Например , хлорид хрома (III) реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида хрома (III) и хлорида аммония:

2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор гексагидроксохромата калия:

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество K₃[Cr(OH)₆] на составные части: KOH и Cr(OH)₃. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Cr(OH)₃ не реагирует с СО₂, то мы записываем справа Cr(OH)₃ без изменения. Гидроксид калия реагирует с избытком углекислого газа с образованием гидрокарбоната калия

3. Гидроксид хрома (III) можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли хрома (III).

Например , хлорид хрома (III) реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида хрома (III) и хлорида калия:

4. Также гидроксид хрома (III) образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами . Сульфиды, карбонаты и сульфиты хрома (III) необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: бромид хрома (III) реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида хрома (III), выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

Хлорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства

1. Гидроксид хрома (III) реагирует с растворимыми кислотами . При этом образуются средние соли.

Например , гидроксид хрома (III) взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида хрома (III):

2. Гидроксид хрома (III) взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .

Например , гидроксид хрома (III) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата хрома (III):

3. Гидроксид хрома (III) взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в растворе образуются комплексные соли . При этом гидроксид хрома (III) проявляет кислотные свойства.

Например , гидроксид хрома (III) взаимодействует с избытком гидроксидом натрия с образованием гексагидроксохромата:

4. Г идроксид хрома (III) разлагается при нагревании :

5. Под действием окислителей в щелочной среде переходит в хромат.

Например , при взаимодействии с бромом в щелочной среде гидроксид хрома (III) окисляется до хромата:

Гидроксид хрома (II)

Способы получения

1. Гидроксид хрома (II) можно получить действием раствора аммиака на соли хрома (II).

Например , хлорид хрома (II) реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида хрома (II) и хлорида аммония:

2. Гидроксид хрома (II) можно получить действием щелочи на соли хрома (II).

Например , хлорид хрома (II) реагирует с гидроксидом калия с образованием гидроксида хрома (II) и хлорида калия:

CrCl₂ + 2KOH → Cr(OH)₂↓ + 2KCl

Химические свойства

1. Гидроксид хрома (II) проявляет основные свойства . В частности, реагирует с растворимыми кислотами .

Например , гидроксид хрома (II) взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида хрома (II). Соли хрома (II) окрашивают раствор в синий цвет.

2. Гидроксид хрома (II) взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .

Например , гидроксид хрома (II) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата хрома (II):

3. Гидроксид хрома (II) – сильный восстановитель.

Например , под действием кислорода воздуха гидроксид хрома (II) окисляется до гидроксида хрома (III):

Соли хрома

Соли хрома (II)

Все соли хрома (II) – сильные восстановители. В растворах окисляются даже кислородом воздуха.

Например , хлорид хрома (II) окисляется кислородом в растворе в присутствии щелочи до соединений хрома (III):

Концентрированные кислоты-окислители (азотная и серная) также окисляют соединения хрома (II):

Соли хрома (III)

Хром с валентностью III образует два типа солей:

• Соли, в которых хром (III) является катионом. Например , хлорид хрома (III) CrCl₃.
• Соли, в которых хром (III) входит в состав кислотного остатка – хромиты и гидроксокомплексы хрома (III) . Например , хромит калия, KCrO₂. или гексагидроксохромат (III) калия K₃[Cr(OH)₆].

1. Соли хрома (III) проявляют слабые восстановительные свойства . окисляются под действием сильных окислителей в щелочной среде.

Например , бром в присутствии гидроксида калия окисляет хлорид хрома (III):

2CrCl₃ + 3Br₂ + 16KOH → 2K₂CrO₄ + 6KBr + 6KCl + 8H₂O

или сульфат хрома (III):

Пероксид водорода в присутствии щелочи также окисляет соли хрома (III):

Даже перманганат калия в щелочной среде окисляет соли хрома (III):

Комплексные соли хрома (III) также окисляются сильными окислителями в присутствии щелочей.

Например , гексагидроксохроматы окисляются бромом в щелочи:

Оксид свинца (IV) также окисляет хромиты:

2. Соли хрома (III) в щелочной среде образуют гидроксид хрома (III), который сразу растворяется, образуя гидроксокомплекс.

2CrCl₃ + 6KOH → 2Cr(OH)₃ + 6KCl

3. Более активные металлы вытесняют хром (III) из солей.

Например , цинк реагирует с хлоридом хрома (III):

Гидролиз солей хрома (III)

Растворимые соли хрома (III) и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

I ступень: Cr 3+ + H₂O = CrOH 2+ + H +

II ступень: CrOH 2+ + H₂O = Cr(OH )₂ + + H +

Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты хрома (III) и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой в момент образования.

Например , при сливании растворов солей хрома (III) и сульфита, гидросульфита, карбоната или сульфида натрия протекает взаимный гидролиз:

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

Хромиты

Соли, в которых хром (III) входит в состав кислотного остатка (хромиты) — образуются из оксида хрома (III) при сплавлении с щелочами и основными оксидами:

Для понимания свойств хромитов их удобно мысленно разделить на два отдельных вещества.

Например , хромит натрия мы поделим мысленно на два вещества: оксид хрома (III) и оксид натрия.

NaСrO₂ разделяем на Na₂O и Cr₂O₃

При этом очевидно, что хромиты реагируют с кислотами. При недостатке кислоты образуется гидроксид хрома (III):

NaCrO₂ + HCl _{(недостаток)} + H₂O → Cr(OH)₃ + NaCl

В избытке кислоты гидроксид хрома (III) не образуется:

NaCrO₂ + 4HCl _{(избыток)} → CrCl₃ + NaCl + 2H₂O

NaCrO₂ + 4HCl → CrCl₃ + NaCl + 2H₂O

Под действием избытка воды хромиты гидролизуются:

Соли хрома (VI)

Оксиду хрома ( VI ) соответствуют две кислоты – хромовая Н₂ CrO ₄ и дихромовая Н₂ Cr ₂ O ₇. Поэтому хром в степени окисления +6 образует два типа солей: хроматы и дихроматы.

Например , хромат калия K₂CrO₄ и дихромат калия K₂Cr₂O₇.

1. Различить эти соли довольно легко: хроматы желтые, а дихроматы оранжевые. Хроматы устойчивы в щелочной среде, а дихроматы устойчивы в кислой среде.

При добавлении к хроматам кислот они переходят в дихроматы.

Например , хромат калия взаимодействует с серной кислотой и разбавленной соляной кислотой с образованием дихромата калия:

И наоборот: дихроматы реагируют с щелочами с образованием хроматов.

Например , дихромат калия взаимодействует с гидроксидом калия с образованием хромата калия:

Видеоопыт взаимных переходов хроматов и дихроматов при добавлении кислоты или щелочи можно посмотреть здесь.

2. Хроматы и дихроматы проявляют сильные окислительные свойства. При взаимодействии с восстановителями они восстанавливаются до соединений хрома (III).

В нейтральной среде хроматы и дихроматы восстанавливаются до гидроксида хрома (III).

Например , дихромат калия реагирует с сульфитом натрия в нейтральной среде:

Хромат калия окисляет сульфид аммония:

При взаимодействии с восстановителями в щелочной среде хроматы и дихроматы образуют комплексные соли.

Например , хромат калия окисляет гидросульфид аммония в щелочной среде:

Хромат натрия окисляет сернистый газ:

Хромат натрия окисляет сульфид натрия:

При взаимодействии с восстановителями в кислой среде хроматы и дихроматы образуют соли хрома (III).

Например , дихромат калия окисляет сероводород в присутствии серной кислоты:

Дихромат калия окисляет йодид калия, фосфид кальция, соединения железа (II), сернистый газ, концентрированную соляную кислоту:

Взаимодействие окислов хрома и углерода

Процесс взаимодействия окиси хрома с углеродом очень чувствителен к давлению газовой среды, роль которой на разных этапах взаимодействия существенно изменяется.

Авторы работы следующим образом представляют механизм взаимодействия окиси хрома с углеродом.

В начальный период восстановления лимитирующей стадией является кристаллохимическая перестройка окисла в низший окисел, металл или карбид, а этап регенерации окиси углерода протекает с относительно небольшой скоростью. В последующем возрастает роль газификации углерода, поэтому процесс взаимодействия становится чувствительным к давлению газовой среды. К концу взаимодействия, когда заметно уменьшается поверхность реакционной зоны, при наличии избытка углерода вновь лимитирующей становится кристаллохимическая стадия.

Взаимодействие окиси хрома с углеродом с образованием в продуктах реакции карбидов начинается при температуре 1200—1300°С.

Исследованиями взаимодействия окиси хрома с сажей в вакууме установлена зависимость состава продуктов реакции от температуры и соотношения реагирующих компонентов. При соотношении окись — сажа, равном 3:13, при 1150—1200°С образуется карбид Cr3C2, при соотношении 7:27 и температуре 1200—1250°С — Cr7C3, при соотношении 2:7 и температуре 1250—1300°C — Cr23C6.

Процесс взаимодействия окиси хрома Cr2O3 с коксом (в аргоне в интервале температур 800—2200°С исследовали на высокотемпературной рентгеновской установке. На температурной зависимости изменения интенсивности характерных линий (рис. 96) четко видны три этапа взаимодействия. На первом этапе, характеризующемся падением интенсивности линии Cr2O3, происходит восстановление Cr2O3 до СrО; этот процесс заканчивается при 1300—1400°С. Второй этап сопровождается появлением карбида Cr7C3, содержание которого увеличивается с ростом температуры от 1300 до 1500°С. Дальнейшее повышение температуры от 1500 до 2200°С приводит к повышению содержания в продуктах взаимодействия высшего карбида Cr3C2.

Увеличение гранулометрического состава взаимодействующих веществ, приводящее к уменьшению поверхности взаимодействия, сдвигает процесс взаимодействия в сторону более высоких температур. Металлографические исследования показали, что при температуре 1400°С на поверхности частицы углерода образуется промежуточный карбидный слой, поэтому процесс взаимодействия окиси хрома с коксом идет при этой температуре в диффузионной области.

Проведение процесса взаимодействия в среде водорода несколько изменяет скорость и полноту прохождения реакции, а также состав продуктов взаимодействия. Так, на начальной стадии взаимодействия при 1080—1100°C и выдержке в течение 1 ч реакция восстановления не проходит до конца, о чем свидетельствует низкое содержание связанного углерода (табл. 59). При температуре 1200°С степень восстановления увеличивается и при 1200—1300°С продуктом реакции взаимодействия окиси хрома с сажей является карбид хрома Cr7C3 состава, близкого к расчетному.

Взаимодействие окиси хрома с углеродом до образования высшего карбида хрома Сr3С3 в токе водорода проходит при 1400—1600°С. При температуре ниже 1400°С образуется смесь всех трех карбидов, при температуре выше 1600°С карбид Cr3C2 разлагается и обезуглероживается. Обезуглероживание карбида объясняется тем, что при высокой температуре возрастает как скорость образования карбида, так и скорость графитации сажи, в результате чего упругость паров ацетилена при данной температуре становится ниже равновесной, соответствующей расчетному содержанию углерода, связанного в высшем карбиде хрома. В результате происходит частичное обезуглероживание связанного в карбиде Cr3C2 углерода и превращение части карбида Cr3C2 в карбид Cr7C3. При 1500—1600°С образуется карбид хрома Cr3C2, практически не содержащий свободного углерода. Вообще же процесс взаимодействия окиси хрома с углеродом с образованием высшего карбида начинается с 1150—2130°С.

Таким образом, при температурах до 1200—1300°С возможно использование деталей из окиси хрома в контакте с углеграфитовыми материалами. В интервале 1300—1500°С процесс взаимодействия протекает в диффузионной области, и образующийся карбидный слой в этом случае обладает «барьерными» свойствами. Поскольку скорость роста карбидного слоя (10—15 мкм в течение десятков часов) невелика, по-видимому, эксплуатация деталей из карбида хрома и углеграфитового материала при этих температурах возможна.

Карбид хрома: свойства, получение, применение

Карбид хрома представляет собой керамическое соединение, которое существует в нескольких различных химических составах: Cr3 C2, Cr7 C3 и Cr23 C6. В стандартных условиях он существует в виде серого вещества. Хром — это очень твердый и устойчивый к коррозии металл. Он также имеет огнеупорный состав, что означает сохранение прочности и при высоких температурах.

Эти свойства хрома делают его полезным в качестве добавки к металлическим сплавам. Когда кристаллы карбида интегрированы в поверхность вещества, это улучшает износостойкость и коррозионную выдержка, а также сохраняет эти свойства при повышенных температурах. Самым сложным и наиболее часто используемым составом для этой цели является Cr3 C2.

Родственные минералы включают тонгбаит и изовит (Cr, Fe) 23 C6, оба крайне редкие. Еще одним богатым карбидным минералом является ярлонгит Cr4 Fe4 NiC4.

Свойства хрома

Существуют три разные кристаллические структуры для карбида, соответствующие трем различным химическим составам:

• Cr23 C6 имеет кубическое строение и твердость по Виккерсу 976 кг/мм 2 .
• Cr7 C3 имеет гексагональную кристаллическую структуру и микротвердость 1336 кг/мм 2 .
• Cr3 C2 является наиболее долговечным из трех композиций и имеет ромбическое строение с микротвердостью 2280 кг/мм 2 .

По этой причине Cr3 C2 является основной формулой карбида хрома, используемой при обработке поверхности.

Синтез

Соединение карбида может быть достигнуто путем механического легирования. В этом типе процесса металлический хром и углерод в форме графита загружаются в шаровую мельницу и измельчаются в мелкий порошок. После раздробления компонентов они соединяются в гранулы и подвергаются горячему изостатическому прессованию. Данное действие использует инертный газ, прежде всего аргон в запечатанной духовке.

Это вещество под давлением оказывает напор на образец со всех сторон, пока печь нагревается. Тепло и натиск заставляют графит и металл реагировать друг с другом и образовывать карбид хрома. Уменьшение процентного содержания углерода в исходной смеси приводит к увеличению выхода форм Cr7 C3 и Cr23 C6.

Другой метод синтеза карбида хрома использует оксид, чистый алюминий и графит в самораспространяющейся экзотермической реакции, которая протекает следующим образом:

В этом методе реагенты измельчают и смешивают в шаровой мельнице. Однородный порошок затем прессуют в таблетку и помещают в инертную атмосферу аргона. Образец после этого нагревают. Горячий провод, искра, лазер или печь могут обеспечить тепло. Экзотермическая реакция инициируется, и результирующий пар распространяет воздействие по всей остальной части образца.

Производство карбидов хрома

Многие компании создают вещество путем сочетания алюминотермического восстановления и вакуумной обработки при температуре 1500°C и выше. Готовят смесь металлического хрома, оксида и углерода и затем загружают в вакуумную печь. Давление в духовке снижается, а температура повышается до 1500°С. После этого углерод реагирует с оксидом, с образованием металла и газообразного монооксида, который отводится в вакуумные насосы. Затем происходит соединение хрома с оставшимся углеродом с образованием карбида.

Точный баланс между этими компонентами определяет содержание получаемого вещества. Это тщательно контролируется, чтобы гарантировать, что качество продукции подходит для таких требовательных рынков, как аэрокосмическая.

Производство хрома металлического

• Исследователи открывают новый класс карбидов, которые получают стабильность из неупорядоченной структуры.
• Результаты изучения закладывают основу для будущих обследований новых карбидов, полезных в практических применениях.
• Создание двухмерных нитридов стало проще.

Металл, который используется во многих фирмах, производится путем алюминотермического восстановления, где образуется смесь оксида хрома и алюминиевого порошка. Затем их загружают в емкость для обжига, где смесь вспыхивает. Алюминий восстанавливает оксид хрома до металла и глиноземного шлака при температуре 2000–2500°C. Данное вещество образует расплавленную лужу на дне камеры обжига, где его можно собирать, когда температура достаточно упала. В ином случае, контакт будет затруднен и очень опасен. Затем начальное вещество превращается в порошок и используется в качестве сырья для производства карбида хрома.

Дальнейшее измельчение

Дробление карбида хрома и его начального вещества проводят на мельницах. При измельчении тонкодисперсных металлических порошков всегда существует риск взрыва. Именно поэтому мельницы специально разработаны для борьбы с такими потенциальными опасностями. Криогенное охлаждение (чаще всего это жидкий азот) также применяется к сооружению для облегчения измельчения.

Износостойкие покрытия

Карбиды являются твердыми, и поэтому общее применение хрома заключается в нанесении крепких износостойких покрытий на детали, которые необходимо предохранить. В сочетании с защитной металлической матрицей могут быть разработаны как антикоррозийные, так и износостойкие вещества, которые легко наносятся и экономически выгодны. Эти покрытия выполняются сваркой или термическим напылением. В сочетании с другими стойкими веществами карбид хрома может использоваться для формирования режущих инструментов.

Сварочные электроды

Данные стержни из карбида хрома все чаще используются вместо прежних феррохромов или углеродсодержащих компонентов. Они дают превосходные и более стабильные результаты. В данных сварочных электродах карбид хрома II создается во время процесса соединения для обеспечения износостойкого слоя. Однако образование карбидов определяется точными условиями в готовом шве. И поэтому между ними могут быть изменения, которые не видны для электродов, содержащих карбид хрома. Это отражается на износостойкости наплавленного сварного шва.

При испытании колеса из сухой песчаной резины было установлено, что скорость износа соединения, нанесенного на феррохром или углеродные электроды, на 250 % выше. Если сравнивать с карбидом хрома.

Тенденция в сварочной промышленности, которая переходит от использования стержневых электродов к порошковой проволоке, приносит пользу веществу. Карбид хрома применяется почти исключительно в размельченном элементе вместо высокоуглеродистого феррохрома, поскольку он не страдает от эффекта разбавления, вызванного избытком железа в нем.

Это означает, что может быть получено покрытие, содержащее большее количество твердых частиц, которое обладает высокой износостойкостью. Следовательно, поскольку происходит переход от стержневых электродов к порошковой проволоке из-за преимуществ автоматизации и более высокой производительности, связанной с технологией сварки последнего вещества, рынок карбида увеличивается.

Типичными областями использования для него являются: наплавка шнеков конвейера, лопастей топливного смесителя, рабочих колес насоса и общее применение хрома, в котором требуется стойкость к эрозионному истиранию.

Термический спрей

При тепловом распылении карбид хрома объединяется с металлической матрицей, такой как никель-хром. Обычно соотношение данных веществ составляет 3:1 соответственно. Металлическая матрица присутствует для связывания карбида с подложкой, на которую нанесено покрытие, и для обеспечения высокой степени коррозионной стойкости.

Комбинация данного свойства и износостойкости означает, что термически напыленные покрытия CrC-NiCr пригодны в качестве барьера для высокотемпературного износа. Именно по этой причине им находят все большее применение на аэрокосмическом рынке. Типичные области использования здесь — это покрытия для стержневых оправок, штампов для горячего производства, гидравлических клапанов, деталей машин, защиты от износа алюминиевых компонентов и общего применения с хорошей устойчивостью к коррозии и истиранию при температурах до 700–800°C.

Альтернатива хромирования

Новое применение для термически напыленных покрытий в качестве замены твердого насыщения изделий. Жесткое хромирование позволяет получить износостойкую оболочку с хорошим качеством поверхности при низких затратах. Хромированное покрытие получают погружением предмета, который необходимо насытить, в емкость с химическим раствором, содержащим хром. Электрический ток затем пропускается через резервуар, вызывая осаждение вещества на детали и образование когерентного покрытия. Однако растущие экологические проблемы связаны с удалением сточных вод из использованного гальванического раствора, и эти вопросы вызвали увеличение стоимости процесса.

Покрытия на основе карбида хрома имеют износостойкость, которая в два с половиной — пять раз лучше, чем твердое хромирование, и не имеют проблем с утилизацией сточных вод. Поэтому они находят все большее применение за счет твердого хромирования, особенно, если важна износостойкость или требуется толстое покрытие для большой части. Это интересная и быстро развивающаяся область, которая станет более важной, поскольку затраты на соблюдение природоохранного законодательства возрастают.

Режущие инструменты

Преобладающим материалом здесь является порошок карбида вольфрама, который спекается с кобальтом для производства чрезвычайно твердых предметов. Чтобы улучшить ударную вязкость этих режущих инструментов, к веществу добавляют карбид титана, ниобия и хрома. Роль последнего заключается в предотвращении роста зерна во время спекания. В противном случае в процессе будут образовываться чрезмерно крупные кристаллы, которые могут ухудшить ударную вязкость режущего инструмента.