Получение карбидов хрома

Исследуя получение безуглеродистых металлов, Муассан заметил, что окись хрома легко восстанавливается в электрической дуговой печи, давая сильно науглероженный металл. Повторная переплавка позволила получить кристаллический продукт, содержавший 86,72% Cr и 13,21% С, что отвечало по составу карбиду Сr3С2 (теоретическое содержание углерода 13,33%). При нагреве чистого хрома в графитовом тигле до высокой температуры Муассан получил карбид другого состава (94,22% Cr и 5,40% С), что соответствует формуле Cr4C (теоретически 5,45% С).

Фридерик и Зиттиг прессовали штабики из смеси порошка хрома и углерода (97:3) и расплавляли их непосредственным пропусканием электрического, тока. Полученный в местах оплавления карбид неизвестного состава был очень твердым и легко царапал корунд.

Весьма многочисленны исследования сплавов хрома с углеродом с целью построения диаграммы состояния хром — углерод. При этом карбиды (и двойные карбиды) чаще всего выделяли химическим путем из стали или ферросплавов. Так, в хромистой стали были найдены карбиды Cr4C и Cr7C3, в хромомарганцевой стали — лишь карбид Cr7C3, в хромоникелевой стали — также и карбид Cr23C6.

Для производства твердых сплавов представляет интерес (и то ограниченный) лишь карбид Cr3C2. Более бедные углеродом карбиды хрома, легко растворяющиеся в связующем металле и приводящие к высокой хрупкости, здесь не рассматриваются.

Руфф и Фойер, исследовавшие литые сплавы хрома с углеродом, обнаружили, что из сплавов, содержащих более 12,1% С, выделяется графит. При перегреве жидкий хром способен растворять значительные количества углерода, что приводит к предположению о наличии монокарбида хрома, устойчивого при высоких температурах. Концентрация насыщения углеродом жидкого хрома при различных температурах изменяется следующим образом:

При 2570° и 10 мм рт. ст. сплав, насыщенный углеродом; (17%, С), кипит с образованием почти чистых паров хрома.

В последнее время, изучая систему хром—углерод, Блюм и Грант детально исследовали возможность получения карбидов Cr3C2 и CrC. Последний представляет интерес для промышленности твердых сплавов ввиду предполагаемой малой eго растворимости в металлической связке (что важно для повышения вязкости сплава), так же как и в связи с высокими твердостью и температурой плавления.

Электролитический хром нагревали до 2250° в графитовом тигле в высоком вакууме и получали в результате карбид Cr3C2, смешанный с графитом при общем содержании углерода 16,50%. Этот же карбид можно было получить в дуговой или высокочастотной электрической печи. Было опробовано также получение карбида Cr3C2 из перегретой металлической ванны — медной (1800°) или никелевой (2000°). Алюминий в данном случае непригоден из-за образования хромоалюминиевого карбида. Из. затвердевшего слитка после длительной обработки соляной кислотой (1:1) был выделен в качестве остатка Cr3C2. Попытки получить карбид CrC науглероживанием карбида Cr3C2 при 1800° в вакууме не удались.

Можно также получать карбиды хрома переменного состава, науглероживая хром из газовой фазы (CH4) при 600—800°. Производство таких весьма твердых карбидов, которые в присутствии азота включают в свой состав также и очень твердые нитриды хрома, должно иметь существенное значение для создания износоустойчивых материалов. Оуэн и Веббер разлагали карбонил хрома в присутствии водорода при температурах 250—850° с осаждением на поверхности железа и получали таким путем весьма твердые и износостойкие покрытия. Нанесенные при 650° покрытия состояли из 40% Cr (остальное Cr2O3 и Cr3C2) и обладали твердостью по Виккерсу 2000 кг/мм2.

Промышленное производство карбида хрома для твердых сплавов основывается на использовании чистых окислов хрома (68,42% Cr). Тщательно смешивают 74% Cr2O3 и 2б% сажи, готовят брикеты и прокаливают их в трубчатых угольных печах при 1600° под водородом. Необходимо очень точно выдерживать температуру процесса во избежание образования низших карбидов хрома. Измельченный и просеянный продукт содержит 13,0—13,3% общего углерода (теоретически 13,33%), 0,2-0,3% свободного углерода и 86,67%, хрома.