Взаимодействие окислов хрома и углерода

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Взаимодействие окислов хрома и углерода

11.01.2020

Взаимодействие окиси хрома (Cr2O3) с углеродом проходит через стадии образования низших окислов (CrO). Характерной особенностью взаимодействия окиси хрома с углеродом является возможность образования в продуктах реакции различных карбидов хрома. В зависимости от температуры среды и соотношения реагирующих компонентов возможно протекание следующих реакций (264):
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.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: