Борид железа - Википедия - Iron boride

Эта статья о четко определенных боридах железа. Для ферросплава см. Ферроборон.
Борид диирона
Fe2B structure.png
Имена
Название ИЮПАК
Борид железа
Другие имена
Борид диирона, Fe2B
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
Номер ЕС
  • 234-490-4
Характеристики
Fe2B
Молярная масса122,501 г / моль[1]
Внешностьтугоплавкое твердое тело
Плотность7,3 г / см3[1]
Температура плавления 1389 ° С (2532 ° F, 1662 К)[1]
нерастворимый
Структура[2]
Тетрагональный, tI12
I4 / mc, №140
а = 0,511 нм, б = 0,511 нм, c = 0,4249 нм
4
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы
Борид железа
FeB structure 2.png
Имена
Название ИЮПАК
Борид железа
Другие имена
Моноборид железа, FeB
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
Номер ЕС
  • Фев: 234-489-9
Характеристики
Фев
Молярная масса66.656[1]
Внешностьсерый порошок
Плотность~ 7 г / см3[1]
Температура плавления 1,658 ° С (3016 ° F, 1,931 К)[1]
нерастворимый
Структура[3]
Орторомбический, oP8
ПНМА, № 62
а = 0,4061 нм, б = 0,5506 нм, c = 0,2952 нм
4
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Борид железа относится к различным неорганические соединения с формулой FeИксBу.[4] Два основных борида железа - это FeB и Fe.2B. Некоторые бориды железа обладают такими полезными свойствами, как магнетизм, электропроводность, коррозионная стойкость и чрезвычайная твердость. Некоторые бориды железа нашли применение в качестве упрочняющих покрытий для железа. Бориды железа обладают свойствами керамика такие как высокая твердость и свойства металл свойства, такие как теплопроводность и электрическая проводимость. Боридные покрытия на железе обладают превосходными механическими, фрикционными и антикоррозийными свойствами.[5] Моноборид железа (FeB) представляет собой серый порошок, не растворимый в воде. FeB тяжелее Fe2B, но он более хрупкий и легче ломается при ударе.

Формирование

Термохимическое образование

Бориды железа могут быть образованы термохимической реакцией соединений, богатых бором, на поверхности железа с образованием смеси боридов железа в процессе, известном как раздражающий. Существует несколько способов формирования боридных покрытий, включая борирование газом, борирование расплавом солей и борирование пачки.[6] Обычно тетраборид углерода (B4C) или кристаллический бор, спекается на поверхности железа во флюсе тетрафторбората с образованием покрытий. Атомы бора диффундируют в железную подложку между 1023 и 1373 К. Они сначала образуют слои Fe.2B, а затем образуют слои FeB. Диапазон образующихся соединений и композиций зависит от условий реакции, включая температуру и окружающую среду.[6]

Объемный FeB может быть образован простой реакцией между железом и бором в высокотемпературной печи с инертным газом.[7] или в микроволновке.[8]

Синтез

Наночастицы борида железа были сформированы путем восстановления солей бромида железа в высоко координирующих условиях. растворители с помощью борогидрид натрия. Они также были получены восстановлением солей железа с использованием борогидрид натрия:[9]

4 FeSO4 + 8 NaBH4 +18 часов2O → 2 Fe2В + 6 В (ОН)3 + 25 часов2 + 4 Na2ТАК4

Структура и свойства

Структуры FeB и Fe2В ранних исследованиях было известно, что B является интерстициальным. FeB орторомбический, а Fe2B имеет тетрагональную структуру с центром в теле.[10]

Фев

FeB имеет зигзагообразные цепочки атомов бора, которые координируются семью атомами железа. Атомы бора имеют слегка искаженную моношапочную тригонально-призматическую координацию атома железа и два соседних атома бора. Расстояние одинарной связи B-B составляет 178 пм, расстояние Fe-B составляет 215-220 пм, а расстояние Fe-Fe составляет 240-272 пм. Каждая тригональная призма имеет две прямоугольные грани с соседними призмами, образуя бесконечные призматические колонны.[3]

Монокристалл FeB занят связующими доменами. Связующие домены параллельны оси легкого намагничивания и перпендикулярны оси жесткого намагничивания. Структура закрывающихся доменов описывается как «ряды и зигзаги звездочек». Его связывающие домены обладают выраженным направлением ориентации границ основных доменов с ромбической формой замыкающих доменов.[3]

FeB - это мягкое ферромагнитное соединение, которое становится парамагнитным при температуре выше ~ 325 ° C (617 ° F).[8] На воздухе порошки FeB начинают реагировать с окружающим кислородом при температуре выше 300 ° C, хотя ожидается, что объемные материалы FeB будут стабильны на воздухе до гораздо более высоких температур.[11] FeB - чрезвычайно твердый состав (15–22 ГПа по данным индентирования Виккерса), но его не используют для борированных сталей, поскольку слои FeB хрупкие и склонны к отслаиванию стали или железа.[12]

Fe2B

Fe2B содержит одиночные атомы бора в квадратной антипризматической координации атомов железа. Атомы бора отделены друг от друга, а кратчайшее расстояние B-B составляет 213 пм. Расстояние Fe-B составляет 218 пм, а расстояние Fe-Fe составляет 240–272 пм.[13]

Fe2B - ферромагнитное соединение, которое становится парамагнитным при температуре выше 742 ° C (1368 ° F).[14] В воздухе Fe2Порошки B начинают реагировать с кислородом окружающей среды при температуре выше 400 ° C. Высокая твердость Fe2B (18,7 ГПа или 1907 HV, измеренная отпечатком Виккерса)[15] почему однородный Fe2Слои B формируются поверх железа или стали путем борирования, чтобы сделать их более износостойкими.[16]

Приложения

Boriding, также называемое борированием, часто используется для повышения стойкости к истиранию, коррозии, носить стойкость и стойкость к окислению. Он используется в нефтегазоперерабатывающей, химической, автомобильной, сельскохозяйственной, штамповочной, текстильной, экструзионной и литьевой промышленности.[5]

Покрытия на основе железа в последнее время привлекли внимание благодаря своим механическим, фрикционным и коррозионным свойствам. По сравнению с материалами типа керамики или металлокерамики, которые люди использовали раньше, материалы на основе железа относительно недороги, менее стратегичны и могут быть экономично произведены различными термическими методами с легкостью изготовления и обработки.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. п. 4.68. ISBN  978-1439855119.
  2. ^ Gianoglio, C .; Бадини, К. (1986). «Равновесия распределения железа и никеля в двухфазных полях системы Fe-Ni-B». Журнал материаловедения. 21 (12): 4331–4334. Bibcode:1986JMatS..21.4331G. Дои:10.1007 / BF01106551. S2CID  97916863.
  3. ^ а б c Ляхова, М.Б .; Пастушенков Ю.Г .; Жданова, О.В. (2013). «Магнитные свойства и доменная структура монокристаллов FeB». Металловедение и термическая обработка. 55 (1–2): 68–72. Bibcode:2013МШТ ... 55 ... 68З. Дои:10.1007 / s11041-013-9581-0. S2CID  136585232.
  4. ^ Хейнс, Уильям М. Справочник по химии и физике (выпуск 91). 2010, Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  978-1439820773
  5. ^ а б «Боридинг / Боронизирующий (DHB)». IBC Coating Technologies. IBC Coating Technologies. Получено 17 ноября 2014.
  6. ^ а б Кеддам, М; Шентуф, С.М. (2005). «Модель диффузии для описания роста бислоя (FeB / Fe2B) во время борирования порошка железа». Appl. Серфинг. Наука. 252 (2): 393–399. Bibcode:2005ApSS..252..393K. Дои:10.1016 / j.apsusc.2005.01.016.
  7. ^ Нату, Варун; Kota, Sankalp S .; Барсум, Мишель В. (февраль 2020 г.). «Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия фаз МАБ, MoAlB, M2AlB2 (M = Cr, Fe), Cr3AlB4 и их двойных моноборидов». Журнал Европейского керамического общества. 40 (2): 305–314. Дои:10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.09.040.
  8. ^ а б Bocarsly, Joshua D .; Левин, Эмили Э .; Хамфри, Сэмюэл А .; Фаске, Том; Доннер, Вольфганг; Уилсон, Стивен Д .; Сешадри, Рам (2019-07-09). «Магнитоструктурная связь управляет магнитокалорическим поведением: случай MnB по сравнению с FeB». Химия материалов. 31 (13): 4873–4881. Дои:10.1021 / acs.chemmater.9b01476. ISSN  0897-4756.
  9. ^ Алешин, В. (1981). «Исследование состава и химического состояния элементов в бориде железа методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии». Журнал химии твердого тела. 38 (1): 105–111. Bibcode:1981JSSCh..38..105A. Дои:10.1016/0022-4596(81)90478-3.
  10. ^ Joshi, A.A .; Хосмани, С.С. (2014). «Упаковка-борирование стали AISI 4140: механизм борирования и роль конструкции контейнера». Материалы и производственные процессы. 29 (9): 1062–1072. Дои:10.1080/10426914.2014.921705. S2CID  137130309.
  11. ^ Carbucicchio, M .; Reverberi, R .; Palobarini, G .; Самбогна, Г. (март 1989 г.). «О ранних стадиях окисления боридов железа». Сверхтонкие взаимодействия. 46 (1–4): 473–479. Bibcode:1989HyInt..46..473C. Дои:10.1007 / BF02398233. ISSN  0304-3843. S2CID  93768377.
  12. ^ Dossett, Jon L .; Тоттен, Джордж Э., ред. (2013). «Борирование (борирование) металлов [1]». Борирование (борирование) металлов [1]. Основы и процессы термической обработки стали. ASM International. С. 709–724. Дои:10.31399 / asm.hb.v04a.a0005772. ISBN  978-1-62708-165-8. Получено 2020-03-08.
  13. ^ Kapfenberger, C .; Альберт, B .; Pottgen, R .; Хупперц, Х. (2006). «Уточнение структуры боридов железа Fe2B и FeB ». З. Кристаллогр. 221 (5–7): 477. Bibcode:2006ZK .... 221..477K. Дои:10.1524 / zkri.2006.221.5-7.477. S2CID  94924114.
  14. ^ Шигемацу, Тошихико (1975-11-15). «Мессбауэровские и структурные исследования (Fe 1- x Mn x) 2 B». Журнал Физического общества Японии. 39 (5): 1233–1238. Bibcode:1975JPSJ ... 39.1233S. Дои:10.1143 / JPSJ.39.1233. ISSN  0031-9015.
  15. ^ Ма, Шэнцян; Хуанг, Чжифу; Син, Цзяньдун; Лю, Гуанчжу; Он, Ялинг; Фу, Хангуан; Ван, Юн; Ли, Ефэй; Йи, Давэй (2015-01-28). «Влияние ориентации кристаллов на микроструктуру и свойства объемного интерметаллида Fe 2 B». Журнал материаловедения. 30 (2): 257–265. Bibcode:2015JMatR..30..257M. Дои:10.1557 / jmr.2014.383. ISSN  0884-2914.
  16. ^ Тоттен, Джордж Э., изд. (2017), Технология трения, смазки и износа, ASM International, стр. 653–660, Дои:10.31399 / asm.hb.v18.a0006420, ISBN  978-1-62708-192-4, получено 2020-03-08 Отсутствует или пусто | название = (помощь); | chapter = игнорируется (помощь)
  17. ^ Жданова, О.В .; Ляхова, М.Б .; Пастушенков, Ю.Г. (Май 2013). «Магнитные свойства и доменная структура монокристаллов FeB». Встретились. Sci. Термическая обработка. 55 (1–2): 68–72. Bibcode:2013МШТ ... 55 ... 68З. Дои:10.1007 / s11041-013-9581-0. S2CID  136585232.