борид железа
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК борид железа | |
| Другие имена Диборид железа , Fe2B | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ChemSpider |
|
| Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| Fe2B | |
| Молярная масса | 122,501 г/моль [1] |
| Появление | тугоплавкий твердый материал |
| Плотность | 7,3 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 1389 °C (2532 °F; 1662 K) [1] |
| нерастворимый | |
| Структура [2] | |
| Тетрагональный, tI12 | |
| И4/мц, № 140 | |
а = 0,511 нм, б = 0,511 нм, с = 0,4249 нм | |
Формульные единицы ( Z ) | 4 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК борид железа | |
| Другие имена Моноборид железа, FeB | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ChemSpider |
|
| Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| ФеБ | |
| Молярная масса | 66.656 [1] |
| Появление | серый порошок |
| Плотность | ~7 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 1658 °C (3016 °F; 1931 K) [1] |
| нерастворимый | |
| Структура [3] | |
| Орторомбическая, oP8 | |
| ПНМА, № 62 | |
а = 0,4061 нм, б = 0,5506 нм, с = 0,2952 нм | |
Формульные единицы ( Z ) | 4 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Борид железа относится к различным неорганическим соединениям с формулой Fe x B y . [4] Два основных борида железа — FeB и Fe 2 B. Некоторые бориды железа обладают полезными свойствами, такими как магнетизм, электропроводность, коррозионная стойкость и чрезвычайная твердость. Некоторые бориды железа нашли применение в качестве упрочняющих покрытий для железа. Бориды железа обладают свойствами керамики, такими как высокая твердость, и свойствами свойств металла , такими как теплопроводность и электропроводность . Боридные покрытия на железе обладают превосходными механическими, фрикционными и антикоррозионными свойствами. [5] Моноборид железа (FeB) представляет собой серый порошок, нерастворимый в воде. FeB тверже, чем Fe 2 B, но более хрупкий и легче ломается при ударе.
Формирование
Термохимическое образование
Бориды железа могут быть образованы путем термохимической реакции соединений, богатых бором, на поверхности железа с образованием смеси боридов железа в процессе, известном как борирование . Существует ряд способов формирования боридных покрытий, включая газовое борирование, борирование расплавленной солью и борирование пакетом. [6] Обычно тетраборид углерода (B 4 C) или кристаллический бор спекается на поверхности железа в тетрафторборатном флюсе для формирования покрытий. Атомы бора диффундируют в железную подложку между 1023 и 1373 К. Сначала они образуют слои Fe 2 B, а затем образуют слои FeB. Диапазон образованных соединений и составов зависит от условий реакции, включая температуру и окружающую среду. [6]
Основной объем FeB может быть образован простой реакцией между железом и бором в высокотемпературной печи с инертным газом [7] или в микроволновой печи [8] .
Синтез
Наночастицы борида железа были образованы путем восстановления солей борида железа в высококоординирующих растворителях с использованием борогидрида натрия . Они также были получены путем восстановления солей железа с использованием борогидрида натрия : [9]
- 4 FeSO 4 + 8 NaBH 4 +18 H 2 O → 2 Fe 2 B + 6 B(OH) 3 + 25 H 2 + 4 Na 2 SO 4
Структура и свойства
В ранних исследованиях было известно, что структуры FeB и Fe 2 B являются интерстициальными. FeB является орторомбическим, а Fe 2 B принимает объемно-центрированную тетрагональную структуру. [10]
ФеБ
FeB имеет зигзагообразные цепи атомов бора, которые координируются семью атомами железа. Атомы бора имеют слегка искаженную моношапочную тригональную призматическую координацию атома железа и двух соседей атома бора. Расстояние одинарной связи BB составляет 178 пм, расстояние Fe-B составляет 215–220 пм, а расстояние Fe-Fe составляет 240–272 пм. Каждая тригональная призма разделяет две прямоугольные грани с соседними призмами, образуя бесконечные призматические колонны. [3]
Монокристалл FeB принимается доменами связей. Домены связей параллельны оси легкого намагничивания и перпендикулярны оси трудного намагничивания. Структура замыкающих доменов описывается как «ряды и зигзаги звездочек». Его домены связей обладают выделенным направлением в ориентации границ основных доменов с ромбической формой замыкающих доменов. [3]
FeB — это мягкое ферромагнитное соединение, которое становится парамагнитным 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 — это чрезвычайно твердое соединение (15-22 ГПа, измеренное методом вдавливания по Виккерсу), но не востребовано для борированных сталей, поскольку слои FeB хрупкие и склонны к скалыванию со стали или железа. [12]
Фе2Б
Fe 2 B содержит одиночные атомы бора в квадратной антипризматической координации атома железа. Атомы бора отделены друг от друга, и самое короткое расстояние BB составляет 213 пм. Расстояние Fe-B составляет 218 пм, а расстояние Fe-Fe составляет 240–272 пм. [13]
Fe 2 B — это ферромагнитное соединение, которое становится парамагнитным при температуре выше 742 °C (1368 °F). [14] На воздухе порошки Fe 2 B начинают реагировать с окружающим кислородом при температуре выше 400 °C. Высокая твердость Fe 2 B (18,7 ГПа или 1907 HV, измеренная методом вдавливания по Виккерсу) [15] является причиной того, что однородные слои Fe 2 B формируются поверх железа или стали путем борирования, чтобы сделать их более износостойкими. [16]
ФеБ4
Приложения
Борирование , также называемое борированием, часто используется для улучшения стойкости к истиранию, коррозионной стойкости, износостойкости и стойкости к окислению. Оно используется в нефте- и газоперерабатывающей промышленности, химической добыче, автомобильной, сельскохозяйственной, штамповочной, текстильной экструзионной и литьевой промышленности. [5]
Покрытия на основе железа недавно привлекли внимание своими механическими, фрикционными и коррозионно-стойкими свойствами. По сравнению с керамическими или металлокерамическими материалами, которые люди использовали ранее, материалы на основе железа относительно недороги, менее стратегически важны и могут быть произведены экономично различными термическими методами с простотой изготовления и обработки. [17]
Смотрите также
Ссылки
- ^ abcdef Хейнс, Уильям М., ред. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92-е изд.). CRC Press . стр. 4.68. ISBN 978-1439855119.
- ^ Gianoglio, C.; Badini, C. (1986). «Распределение равновесий железа и никеля в двухфазных полях системы Fe-Ni-B». Journal of Materials Science . 21 (12): 4331– 4334. Bibcode : 1986JMatS..21.4331G. doi : 10.1007/BF01106551. S2CID 97916863.
- ^ abc Ляхова, МБ; Пастушенков, ЮГ; Жданова, О.В. (2013). "Магнитные свойства и доменная структура монокристаллов FeB". Металловедение и термическая обработка . 55 ( 1– 2): 68– 72. Bibcode :2013MSHT...55...68Z. doi :10.1007/s11041-013-9581-0. S2CID 136585232.
- ^ Хейнс, Уильям М. Справочник по химии и физике (91-е изд.). 2010, Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1439820773
- ^ ab "Борирование / Боронирование (DHB)". IBC Coating Technologies . Получено 17 ноября 2014 г.
- ^ ab Keddam, M; Chentouf, SM (2005). "Модель диффузии для описания роста бислоя (FeB/Fe2B) во время борирования железным порошком". Appl. Surf. Sci . 252 (2): 393– 399. Bibcode :2005ApSS..252..393K. doi :10.1016/j.apsusc.2005.01.016.
- ^ Нату, Варун; Кота, Санкальп С.; Барсум, Мишель В. (февраль 2020 г.). «Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия фаз МАБ, MoAlB, M2AlB2 (M = Cr, Fe), Cr3AlB4 и их бинарных моноборидов». Журнал Европейского керамического общества . 40 (2): 305–314 . doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.09.040 . S2CID 204301968.
- ^ ab Bocarsly, Joshua D.; Levin, Emily E.; Humphrey, Samuel A.; Faske, Tom; Donner, Wolfgang; Wilson, Stephen D.; Seshadri, Ram (2019-07-09). «Магнитоструктурная связь управляет магнитокалорическим поведением: случай MnB против FeB». Химия материалов . 31 (13): 4873– 4881. doi :10.1021/acs.chemmater.9b01476. ISSN 0897-4756. S2CID 197109775.
- ^ Алешин, В.Г. (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. doi : 10.1016/0022-4596(81)90478-3.
- ^ Джоши, АА; Хосмани, С.С. (2014). «Упаковка борирования стали AISI 4140: механизм борирования и роль конструкции контейнера». Материалы и производственные процессы . 29 (9): 1062– 1072. doi :10.1080/10426914.2014.921705. S2CID 137130309.
- ^ Карбучиккио, М.; Ревербери, Р.; Палобарини, Г.; Самбонья, Г. (март 1989 г.). «О ранних стадиях окисления боридов железа». Сверхтонкие взаимодействия . 46 ( 1–4 ): 473–479 . Бибкод : 1989HyInt..46..473C. дои : 10.1007/BF02398233. ISSN 0304-3843. S2CID 93768377.
- ^ Доссетт, Джон Л.; Тоттен, Джордж Э., ред. (2013). «Борирование (борирование) металлов[1]». Борирование (борирование) металлов[1]. ASM International. стр. 709–724 . doi :10.31399/asm.hb.v04a.a0005772. ISBN 978-1-62708-165-8. Получено 2020-03-08 .
{{cite book}}:|work=проигнорировано ( помощь ) - ^ Kapfenberger, C.; Albert, B.; Pottgen, R.; Huppertz, H. (2006). «Структурные уточнения боридов железа Fe2B и FeB». Z. Kristallogr . 221 ( 5–7 ): 477. Bibcode : 2006ZK....221..477K. doi : 10.1524/zkri.2006.221.5-7.477. S2CID 94924114.
- ^ Сигэмацу, Тосихико (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. doi : 10.1143/JPSJ.39.1233. ISSN 0031-9015.
- ^ Ма, Шэнцян; Хуан, Чжифу; Син, Цзяндун; Лю, Гуанчжоу; Он, Ялинг; Фу, Ханьгуан; Ван, Юн; Ли, Ефэй; Йи, Давэй (28 января 2015 г.). «Влияние ориентации кристаллов на микроструктуру и свойства объемного интерметаллида Fe 2 B». Журнал исследования материалов . 30 (2): 257–265 . Бибкод : 2015JMatR..30..257M. дои : 10.1557/jmr.2014.383. ISSN 0884-2914. S2CID 138979673.
- ^ Тоттен, Джордж Э., ред. (2017). «Износостойкость и стойкость к истиранию борированных (борированных) металлических поверхностей». Технология трения, смазки и износа . ASM International. стр. 653–660 . doi :10.31399/asm.hb.v18.a0006420. ISBN 978-1-62708-192-4. Получено 2020-03-08 .
- ^ Жданова, ОВ; Ляхова, МБ; Пастушенков, ЮГ (май 2013). "Магнитные свойства и доменная структура монокристаллов FeB". Met. Sci. Heat Treat . 55 ( 1– 2): 68– 72. Bibcode :2013MSHT...55...68Z. doi :10.1007/s11041-013-9581-0. S2CID 136585232.
