Карбид хрома(II)

Карбид хрома​(II)​
Общие
Систематическое наименование	Карбид хрома​(II)​
Хим. формула	Cr3C2
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	180,009 г/моль
Плотность	6,68 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1895 °C
• кипения	3800 °C
Мол. теплоёмк.	98 Дж/(моль·К)
Теплопроводность	19,1 Вт/(м·K)
Классификация
Рег. номер CAS	12012-35-0
PubChem	3650773
Рег. номер EINECS	234-576-1
SMILES	[Cr]#C[Cr]C#[Cr]
InChI	InChI=1S/2C.3Cr/q2*-1;;;+2 GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	21171152
Безопасность
NFPA 704	2 1 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Карбид хрома(II) — химическое соединение металла хрома и углерода с формулой Cr₃C₂. Представляет собой упорядоченную фазу с очень узкой областью гомогенности. Содержание углерода в карбиде хрома составляет 13,34% по массе.

Получение

Карбид хрома можно получить одним из следующих способов^[1]:

• Непосредственным насыщением хрома углеродом:

${\displaystyle {\mathsf {3Cr+2C\ {\xrightarrow {\ }}Cr_{3}C_{2}}}}$

Порошкообразный углерод может быть заменен на углеродосодержащие газы (например метан), в этом случае реакция имеет следующий вид:

${\displaystyle {\mathsf {Cr+H_{2}+CH_{4}\ {\xrightarrow {600-800^{o}C}}\ Cr_{3}C_{2}+H_{2}+(CH)}}}$

где символом (СН) обозначены продукты разложения углеводородов

• Восстановлением оксида хрома(III) углеродом с последующим образованием карбида:

В основе процесса лежит реакция:

${\displaystyle {\mathsf {3Cr_{2}O_{3}+13C\ {\xrightarrow {\ }}2Cr_{3}C_{2}+9CO}}}$

Образование карбида Cr₃C₂ начинается при температуре 1150–1200 °C через образование низших карбидов хрома (Cr₂₃C₆, Cr₇C₃). Повышение температуры до 1500–1600 °C приводит к образованию однофазного карбида Cr₃C₂ с незначительным содержанием свободного углерода. Обычно процесс получения карбида ведут в среде водорода.

Физические свойства

Карбид хрома представляет собой порошок серого цвета. Имеет ромбическую решетку, в которой каждый из 8 атомов углерода расположен в центре трёхгранной призмы, в углах которой находятся атомы хрома. Пространственная группа Pnma, периоды решетки а = 0,5532 нм, b = 0,2829 нм, c = 1,1471 нм. Плавление карбида хрома происходит инконгруэнтно по перитектической реакции^[2].

• Удельное электрическое сопротивление 75 мкОм∙см
• Коэффициент линейного теплового расширения 11,7∙10⁻⁶ 1/K (20–1100 °C)
• Микротвёрдость карбида хрома равна 10,4–20,2 ГПа, что связано с анизотропией кристаллической решетки
• Модуль упругости 372 ГПа^[3]

Химические свойства

Карбид хрома является стойким соединением по отношению к действию всех минеральных кислот. При действии расплавленной селитры и перекиси натрия окисляется. Кипящая концентрированная хлорная кислота разлагает карбид хрома с выделением ацетилена.

Среди карбидов переходных металлов IV, V и VI групп, карбид хрома является самым стойким при высокотемпературном окислении. Так, окисление карбида хрома в виде порошка начинается при температуре около 700 °C, а в виде компактных образцов окисляется при температуре выше 1000–1100 °C^[1].

Применение

Карбид хрома может входить в состав различных керметов и покрытий, работающих в условиях износа, повышенных температур и в агрессивных средах^[4]. Является основным компонентом безвольфрамовых твёрдых сплавов марки КХН (карбид хрома – никель). Близость коэффициента термического расширения Cr₃C₂ к КТР стали позволяет наносить карбидохромовые покрытия, в которых отсутствуют значительные остаточные напряжения.

Примечания

1. Косолапова Т. Я. Карбиды. — Металлургия, 1968. — С. 300.
2. Самсонов Г. В. Физическое материаловедение карбидов. — Наукова думка, 1974. — С. 454.
3. Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
4. V. Singh, R. Diaz, K. Balani, A. Agarwal, S. Seal. Chromium carbide-CNT nanocomposites with enhanced mechanical properties (недоступная ссылка) // Acta Materialia, 2009. Vol.57. Р.335-344.