Бориды - Самсонов Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Связь Me-B в диборидах зависит от степени локализации электронов металла и включает ковалентную составляющую в результате частичного возбуждения d-электронов металла с образованием гибридных «реконфигураций и ионную составляю^ щую — за счет донорно-акцепторного взаимодействия. Снижение обеих составляющих при переходе от диборидов металлов IV группы к диборидам металлов V группы приводит к уменьшению микротвердости в этом направлении (см. рис. 23). В направлении NbB2-V-Mo2B5 и TaB2-^W2B5 резко возрастает степень устойчивости ^-состояний металла и снижается устой-
74
чивость sp-конфигураций атомов бора, т. е. уменьшается ковалентная составляющая связи Me—В. Резкое ослабление связи Me—В в бориде вольфрама W2B5 подтверждается еще и тем, что период решетки с у этой фазы почти в пять раз превосходит тот же период у борида тантала (см. табл. 1). На микротвердость оказывает основное влияние связь Me—Me, которая усиливается из-за роста степени устойчивости <25-состояний металла и отвлечения на нее дополнительных электронов со связи Me-В. Это приводит к некоторому увеличению микротвердости у боридов
Рис. 23« Микротвердость боридов переходных металлов IV—VI групп вдоль периода (а) и внутри групп (б).
молибдена и вольфрама по сравнению с боридами ниобия и тантала.
Проведенные в работе [1001] измерения микротвердости по осям диборида титана не обнаружили существенной ее анизотропии. Величина микротвердости по оси а оказалась незначительно большей, чем по оси с. Исследование температурной зависимости твердости некоторых боридов (TiB2, ZrB2, HfB2, W2B5) в интервале температур от комнатной до 1900° С показало уменьшение твердости с ростом температуры [780],
Бориды переходных металлов, как и все металлоподобные соединения, отличаются высокой хрупкостью, связанной с направленным характером и очень большой жесткостью межатомных связей, что затрудняет релаксацию упругих напряжений в решетках боридов.
Оценка напряжений в решетках диборидов титана, циркония и ниобия, проведенная по уширению рентгеновских линий в работе [693], показала, что в направлении [00/] величина напряжений намного выше, чем по другим направлениям. Такое явление характерно для материалов со слоистой структурой, где связь между плоскостями [00/] слабее, чем^ по другим направлениям в кристалле. Отмечается, что дибориды металлов IV группы достаточно изотропны, причем напряжения в решетке диборида титана меньше, чем в дибориде циркония.
75
Для оценки хрупкости в работах [24, 404] предлагается использовать представления о колебаниях атомных комплексов, допустимых без разрыва связей, т. е. без разрушения элементарной ячейки. Сведения о возможных перемещениях структурных элементов дают характеристические температуры и значения среднеквадратичных смещений атомов в решетке.
От TiB2 к CrB2 уменьшается хрупкость, увеличиваются среднеквадратичные смещения атомов в решетке, что указывает на уменьшение жесткости связи при переходе от диборидов металлов IV труппы к диборидам металлов V группы.
Упругие и прочностные характеристики диборидов изучались в работах [37, 200, 694, 1001]. Данные измерений, приведенные в табл. 10, обнаружили: высокие показатели упругости и прочности для диборидов lV группы, а также для диборида хрома.
Джилмен и Роберте [694] на основании определения упругих постоянных для диборида титана предполагают частичную ко-валентность связей Ti—В со значительной долей связей метал-лоподобного характера.
Бориды TiB2, ZrB2, NbB2 и W2B5 обладают высокой абразивной способностью, значительно превышающей электрокорунд различных марок [433, 483]. Перечисленные бориды могут быть рекомендованы для создания на их основе абразивного инструмента. Высокие абразивные характеристики боридов сочетаются с их устойчивостью к взаимодействию по отношению к обрабатываемым материалам. Например, шлифование деталей из титановых сплавов существующими абразивными материалами, в том числе и алмазом, приводит к значительному снижению циклической прочности деталей из-за физико-химического взаимодействия, сопровождающегося налипанием титана на абразивные зерна. Применение шлифовальных кругов из борида вольфрама на бакелитовой связке для шлифования титановых сплавов показало, что максимальные остаточные напряжения на глубине до 10 мкм на 20—25% ниже, чем после шлифования кругами из карбида кремния [484]. Можно предположить, что циклическая прочность деталей из титановых сплавов, шлифованных новыми абразивами из боридов и материалов на их основе, будет значительно выше.
Исследование электроискрового легирования переходных ме* таллов IV—VI групп тугоплавкими боридами [488—490] показало, что эрозия боридов уменьшается при переходе от боридов металлов IV группы к боридам металлов V и VI групп. Минимальные значения эрозии отмечаются для боридов молибдена и вольфрама (рис. 24), характеризующихся минимальными среднеквадратичными смещениями атомов в решетке, что свидетельствует об определяющей роли жесткости решетки и прочности связей в эрозии боридов.
Испытание легированных различными боридами образцов на абразивную износостойкость показало, что при упрочнении ти-
