Сплавы. Применение хрома и его соединений
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на
ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и
металлического хрома.
В химической промышленности используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживает резкие колебания температур.
Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.
Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они уничтожают древесные грибки).
Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части H2SO4.
Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в
производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной
промышленности.
Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков – от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.
В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза.
Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксид алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только за свои “внешние данные”: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса.
Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить сроки
обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны “привыкнуть” друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.
Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала надежнее в работе.
Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается “при деле”.
Особое внимание следует уделить хромовым покрытиям. Коснемся их более подробно.
Хромирование.
Известно, что хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами, и самое главное, не имеет конукурентов по степени твердости среди металлов.
Сначала, тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и различных повреждений.
Но хромовые покрытия оказались пористыми и легко отслаивались.
И лишь в начале XIX века проблема была решена. Дело в том, что использовавшийся трехвалентный хром, содержащийся в электоролите, не мог создать нужного покрытия. Опыт удался, когда стали использовать электролит, содержащий хром – шестивалентный.
В качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6.
Иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).
Толщина защитных покрытий на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов составляет до 0,1 миллиметра.
Литовскими химиками был разработан способ многослойного покрытия, для особо ответственных деталей.
Верхний слой этого покрытия состоит из хрома и по внешнему виду напоминает кольчугу. В процессе эксплуатации на этот слой приходится вся нагрузка, но пройдут многие годы, прежде чем он начнет окисляться.
Изделия из пластмасс так же подвергаются хромированию. Так полистирол, широко известный полимер, заключенный в хромовую оболочку, стал намного прочнее, для него оказались менее страшными истирание, удары и изгибы.
Следующий способ хромирования – диффузионный.
Принципиальное его отличие в том, что он протекает не в гальванических ваннах, а в печах.
Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур.
На поверхности детали при таком способе появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь.
Недостатком такого способа являлось то, что при температуре примерно 1000°С хромовый порошок на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.
Потому для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома, вместо порошка. Соли хрома, так называемый хлорид или иодид, позволяют снизить температуру процесса.
Получают хлорид (йодид) хрома непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром.
При этом образуется газообразный хлорид, который обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. С основным материалом такое покрытие гораздо прочнее связано, чем гальваническое.
Еще одна область применения хрома, которую следует рассмотреть более подробно - это сплавы.
Хромовые сплавы весьма многочисленны.
Приведем основные из них в виде таблицы: 
Феррохром в идеале – это чистый сплав хрома с железом.
Хром в таком сплаве вводится в жидкую сталь для ее легирования. Однако, температура плавления хрома выше, чем у стали и вводить его в сталь в чистом виде весьма затруднительно.
У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже.
Стеллит – сплав хрома и кобальта. Применяется в металлообрабатывающей промышленности. Его хорошо использовать для изготовления режущих инструментов. Это очень твердый сплав. Стоек против износа и коррозии.
Хромали и нихромы используются в основном в приборостроении, в частности, для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления, т.к. весьма устойчивы в температурном интервале 1000-1300 0 C и обладают высоким электросопротивлением.
Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена. Используется в медицине, в восстановительной хирургии. Этот сплав безвреден для человеческого организма.
Вообще, добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена позволяет металлу переносить большие нагрузки при 650-900° С.
Всем известна сталь с добавлением хрома и никеля – “нержавейка”. Эта сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Содержание углерода в такой стали допускается не более 0,1%.
Чтобы при высоких температурах сталь ложилась гладко и не покрывалась “чешуей”, когда детали нагреваются до сотен градусов, в нее вводят 25-30% хрома. Такой прием позволяет стали выдерживает температуры до 1000°С.
Список использованной литературы.
1. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.
2. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. - М :ЗАО Геоинформмарк, 1999. - 25 с.
3. Энциклопедический словарь юного химика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.
4. Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. возраста/ Авт.- сост. А.Е.Хасанов. - Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.
5. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.