Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

Введение Основными особенностями фазовой диаграммы системы хром — углерод являются поле жидкой фазы, которое простирается при 2 000 °C от 0 до ~44 ат. %, и наличие трех термодинамически стабильных фаз: & 3 C 2 , CfeCe, и & 7 C 3 [1]. Наиболее высокотемпературный карбид & 3 C 2 имеет орторомбическую структуру (пр. гр. Pmna). Благодаря такой структуре он имеет высокую твердость, хорошую прочность и высокий модуль Юнга. Кроме того, карбид & 3 C 2 обладает высокой коррозионной стойкостью, является химически стабильным и имеет наиболее высокую стойкость к окислению при высокой температуре среди карбидов тугоплавких металлов [2]. Карбид & 23 C 6 имеет кубическую структуру (пр. гр. Fm3m), которую можно описать как NaCl-подобную упаковку хромовых кубов и кубооктаэдров [3]. Материалы с такой структурой проявляют хорошие магнитные свойства, и поэтому они являются перспективными для создания магнитных устройств. Карбид СГ 7 С 3 является важным компонентом хромистых сталей, высоколегированных чугунов и других конструкционных материалов. Он имеет две модификации кристаллической структуры, зависящие от условий получения [4]. При низких температурах обычно формируется гексагональная структура (пр. гр. P63mc), а при высоких температурах образуется орторомбическая структура (пр. гр. Pmna). Традиционным методом получения карбидов хрома является метод науглероживания оксида хрома твердым углеродом [5]. При этом обычно требуется температура 1 300-1 600 °С и длительное время науглероживания. Метод является энергоемким, а размеры частиц карбидов находятся на уровне десятков микрометров. Для получения мелкодисперсных порошков карбидов хрома используют самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), механохимический синтез, температурно-программируемое восстановление (ТПВ) оксидов хрома смесями водорода и легких углеводородов, газо-восстановительную цементацию и др. Каждый из способов наряду с достоинствами имеет определенные недостатки с точки зрения технологичности, стоимости и качества конечного продукта. Недостатком механохимического синтеза является долговременное потребление энергии. СВС предполагает быстрый процесс и основан на системах, способных реагировать экзотермически при воспламенении и поддерживать реакции, образуя волну горения. При получении карбида методом ТИР необходимо контролировать много параметров процесса и использовать сжатые горючие и взрывоопасные газы. Ранее была показана возможность получения карбидов вольфрама, этанола, тантала и ниобия науглероживанием порошков соответствующих металлов продуктами пиролиза органических жидкостей (ОЖ): ацетона и толуола [6-8]. По сравнению с синтезом карбидов твердофазной реакцией с углеродом, при использовании в качестве источника углерода ОЖ температура процесса может быть значительно снижена. Способ является простым и безопасным. Цель настоящей работы — исследование возможности получения карбидов хрома науглероживанием порошка хрома с использованием в качестве ОЖ гексана (C 6 H 14 ), который является доступным реагентом и легко транспортируется. М атериалы и методы В качестве прекурсора использовали мезопористые порошки хрома, полученные магниетермическим восстановлением хроматов [9]. Удельная поверхность прекурсоров составляла 10-30 м2 г-1. Источник углерода — C 6 H 14 «ч.». Принципиальная схема установки показана на рис. 1. Она представляет собой кварцевую трубку-реактор 4, в которую помещают кварцевую лодочку с порошком хрома 6. Аргон («в/ч»), несущий пары гексана в зону реакции, подается из баллона через трубопровод 2. Процесс науглероживания металлов вели при температуре (T) 700-800 °С в течение времени (t) 1-4 ч. Масса прекурсора составляла 0,5 г. Порошок науглероживаемого металла нагревали в проточной атмосфере аргона (40 см3 мин-1) до температуры науглероживания, а затем поток аргона направляли в колбу с жидким гексаном. Скорость потока аргона в процессе науглероживания составляла 60 см3 мин-1. Температуру гексана поддерживали на уровне 10-12 °С. При этом парциальное давление его пара составляло 10,3-11,4 кПа. Непосредственными источниками углерода были легкие углеводородные газы: метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и этилен (C 2 H 4 ), которые являются основными продуктами разложения гексана при температурах науглероживания [10]. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 66-71. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 66-71. © Колосов В. Н., Мирошниченко М. Н., 2025 67