Các hợp chất hoá học có trong hợp kim thường được gọi là pha trung gian bởi vì trên giản đồ pha nó có vị trí ở giữa, trung gian giữa các dung dịch rắn có hạn ở hai đầu mút.
a. Bản chất và phân loại
Thường hiểu hợp chất hoá học tạo thành tuân theo qui luật hoá trị. Các hợp chất này mang các đặc điểm sau
- Có mạng tinh thể phức tạp khác hẳn với nguyên tố thành phần
- Luôn luôn có tỷ lệ chính xác giữa các nguyên tố và biểu diễn bằng công thức hoá học AnBm với m,n là các số nguyên
- Tính chất khác hẳn các nguyên tố thành phần
- Có nhiệt độ nóng chảy cố định và khi tạo thành toả ra một lượng nhiệt đáng kể b. Pha xen kẽ
Là pha tạo nên giữa các nguyên tử kim loại chuyển tiếp ( có bản kính nguyên tử lớn) với các á kim có bán kính nguyên tử bé như cacbon, nitơ, hydro và bo: cacbit,nitrit, hydrit và borit. Cấu trúc mạng của pha xen kẽ được xác định bởi tương quan kích thước nguyên tử giữa á kim (X) và kim loại (M)
- Nếu rx/rrM <0,59 các nguyên tử kim loại trong pha này sắp xếp theo một trong ba kiểu mạng đơn giản thường gặp, còn các nguyên tử phi kim xen kẽ vào các lỗ hổng trong mạng, tạo nên hợp chất với các công thức đơn giản như M4X, M2X, MX.
- Nếu rx/rM >0,59 sẽ tạo nên hợp chất với mạng tinh thể phức tạp được gọi là pha xen kẽ với mạng phức tạp) với các công thức phức tạp hơn như M3X, M7X3, M23X6.
Đặc tính nổi bật của pha xen kẽ là có nhiệt độ chảy rất cao ( thường > 2000-3000oC), rất cứng và giòn, có vai trò rất lớn trong hoá bền, nâng cao tính chống mài mòn và chịu nhiệt của hợp kim.
Do nitơ và hydro có kích thước nguyên tử khá nhỏ nên tỷ số trên < 0,59, các hydrit, nitrit đều là pha xen kẽ mạng đơn giản. Các nitrit Fe4N, Fe2N, Mo2N…được tạo thành khi thấm nitơ nâng cao mạnh độ cứng tính chống mài mòn của thép. Do cacbon có kích thước nguyên tử lớn hơn nên ngoài sự tạo thành pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp như Fe3C, Mn3C, Cr7C3, các cacbit đó là thành phần chủ yếu của hợp kim cứng và có trong các thép có tác dụng làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn.
c. Pha điện tử
Là hợp chất hoá học có nồng độ điện tử N ( số điện tử hoá trị tính cho một nguyên tử) xác định là 21/14, 21/13, 21/12, mà mỗi tỷ lệ ứng với một cấu trúc mạng phức tạp nhất định.
Với nồng độ điện tử là 21/14 được gọi là pha β với kiểu mạng lập phương tâm khối hay lập phương phức tạp hoặc sáu phương, với nồng độ 21/13 được gọi là pha γ với mạng phức tạp, với nồng độ 21/12 được gọi là pha ε với mạng sáu phương xếp chặt. Pha điện tử được tạo thành bởi kim loại giữa hai nhóm: một hoá trị một (Cu, Ag, Au, Li…) và chuyển tiếp ( Mn, Fe, Co…) với hoá trị từ hai đến năm (Be, Mg, Zn, Cd, Al…) Ví dụ hệ Cu-Zn tạo nên một loạt pha điện tử
d. Pha Laves
Tạo nên bởi hai nguyên tố A, B có tỷ lệ bán kính nguyên tử rA/rB=1,2 ( có thể biến đổi trong khoảng từ 1,1-1,6) với công thức AB2 có kiểu mạng sáu phương xếp chặt như MgZn2, MgNi2 hay lập phương tâm mặt MgCu2.