El boruro de hierro se refiere a varios compuestos inorgánicos con la fórmula Fe x B y . [4] Los dos principales boruros de hierro son FeB y Fe 2 B. Algunos boruros de hierro poseen propiedades útiles como magnetismo, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y dureza extrema. Algunos boruros de hierro se han utilizado como revestimientos endurecedores para el hierro. Los boruros de hierro tienen propiedades de la cerámica , como alta dureza, y propiedades de los metales , como conductividad térmica y conductividad eléctrica . Los recubrimientos de boruro sobre hierro son mecánicos, de fricción y anticorrosivos superiores. [5]El monoboruro de hierro (FeB) es un polvo gris insoluble en agua. El FeB es más duro que el Fe 2 B, pero es más frágil y se fractura más fácilmente con el impacto.
Nombres | |
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Nombre IUPAC Boruro de hierro | |
Otros nombres Boruro de diiron, Fe 2 B | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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Número CE |
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PubChem CID |
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Tablero CompTox ( EPA ) |
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Propiedades | |
Fe 2 B | |
Masa molar | 122,501 g / mol [1] |
Apariencia | sólido refractario |
Densidad | 7,3 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | 1.389 ° C (2.532 ° F; 1.662 K) [1] |
insoluble | |
Estructura [2] | |
Tetragonal, tI12 | |
I4 / mc, No. 140 | |
a = 0,511 nm, b = 0,511 nm, c = 0,4249 nm | |
Unidades de fórmula ( Z ) | 4 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Nombres | |
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Nombre IUPAC Boruro de hierro | |
Otros nombres Monoboruro de hierro, FeB | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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ChemSpider | |
Número CE |
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PubChem CID |
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Propiedades | |
Feb | |
Masa molar | 66.656 [1] |
Apariencia | polvo gris |
Densidad | ~ 7 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | 1.658 ° C (3.016 ° F; 1.931 K) [1] |
solubilidad en agua | insoluble |
Estructura [3] | |
Estructura cristalina | Ortorrómbico, OP8 |
Grupo espacial | Pnma, No. 62 |
Constante de celosía | a = 0,4061 nm, b = 0,5506 nm, c = 0,2952 nm |
Unidades de fórmula ( Z ) | 4 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Formación
Formación termoquímica
Los boruros de hierro se pueden formar mediante la reacción termoquímica de compuestos ricos en boro sobre una superficie de hierro para formar una mezcla de boruros de hierro, en un proceso conocido como boruro . Hay varias formas de formar revestimientos de boruro, incluido el borrado con gas, el borrado con sales fundidas y el borrado por empaque. [6] Normalmente, el tetraboruro de carbono (B 4 C) o boro cristalino se sinteriza sobre la superficie del hierro en un fundente de tetrafluoroborato para formar los revestimientos. Los átomos de boro se difunden en el sustrato de hierro entre 1023 y 1373 K. Primero forman capas de Fe 2 B y luego forman capas de FeB. El rango de compuestos y composiciones formados depende de las condiciones de reacción, incluida la temperatura y el entorno circundante. [6]
El FeB a granel se puede formar mediante una simple reacción entre el hierro y el boro en un horno de gas inerte a alta temperatura [7] o en un microondas. [8]
Síntesis
Las nanopartículas de boruro de hierro se han formado reduciendo las sales de bromuro de hierro en disolventes altamente coordinados utilizando borohidruro de sodio . También se han preparado reduciendo las sales de hierro utilizando borohidruro de sodio : [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
Estructura y propiedades
Se sabía que las estructuras de FeB y Fe 2 B eran intersticiales en los primeros estudios. FeB es ortorrómbico y Fe 2 B adopta una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. [10]
Feb
FeB tiene cadenas en zig-zag de átomos de boro coordinadas por siete átomos de hierro. Los átomos de boro tienen una coordinación de átomo de hierro prismático trigonal monocapitado ligeramente distorsionado y dos átomos de boro vecinos. La distancia del enlace simple BB es de 178 pm, la distancia de Fe-B es de 215–220 pm y la distancia de Fe-Fe es de 240–272 pm. Cada prisma trigonal comparte dos caras rectangulares con los prismas cercanos, formando infinitas columnas de prismas. [3]
Los dominios de enlace toman el monocristal de FeB. Los dominios de enlace son paralelos al eje de magnetización fácil y perpendiculares al eje de magnetización dura. La estructura de los dominios de cierre se describe como "filas y zigzags de asteriscos". Sus dominios de enlace poseen una dirección distinguida en la orientación de los límites de los dominios principales con forma rómbica de los dominios de cierre. [3]
FeB es un compuesto ferromagnético blando que se vuelve paramagnético por encima de ~ 325 ° C (617 ° F). [8] En el aire, los polvos de FeB comienzan a reaccionar con el oxígeno ambiental por encima de los 300 ° C, aunque se espera que los materiales de FeB a granel sean estables en el aire a temperaturas mucho más altas. [11] FeB es un compuesto extremadamente duro (15-22 GPa medido por la indentación de Vickers), pero no se busca en aceros borurados porque las capas de FeB son frágiles y propensas a desprenderse del acero o hierro. [12]
Fe 2 B
Fe 2 B contiene átomos de boro individuales en coordinación de átomos de hierro anti-prismáticos cuadrados. Los átomos de boro están separados entre sí y la distancia BB más corta es 213 pm. La distancia Fe-B es 218 pm y la distancia Fe-Fe es 240–272 pm. [13]
Fe 2 B es un compuesto ferromagnético que se vuelve paramagnético a temperaturas superiores a 742 ° C (1368 ° F). [14] En el aire, los polvos de Fe 2 B comienzan a reaccionar con el oxígeno ambiental por encima de los 400 ° C. La alta dureza del Fe2B (18,7 GPa o 1907 HV según lo medido por la indentación de Vickers) [15] es la razón por la que se forman capas homogéneas de Fe 2 B sobre hierro o acero mediante borrado para hacerlas más resistentes al desgaste. [dieciséis]
4 de febrero
Aplicaciones
El borrado , también llamado boronizado, se usa a menudo para mejorar la resistencia a la abrasión, la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la resistencia a la oxidación. Se utiliza en las industrias de refinería de petróleo y gas, extracción química, automotriz, agrícola, estampación, extrusión textil y moldeo por inyección. [5]
Los recubrimientos a base de hierro recientemente llamaron la atención por sus propiedades mecánicas, de fricción y resistentes a la corrosión. En comparación con el tipo de materiales cerámicos o cermet que la gente ha usado antes, los materiales a base de hierro son relativamente económicos, menos estratégicos y pueden producirse económicamente mediante varios métodos térmicos con facilidad de fabricación y mecanizado. [17]
Ver también
- Acero al boro
- Tetraboruro de hierro
Referencias
- ^ a b c d e f Haynes, William M., ed. (2011). Manual CRC de Química y Física (92ª ed.). Prensa CRC . pag. 4.68. ISBN 978-1439855119.
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- ^ a b c Lyakhova, MB; Pastushenkov, YG; Zhdanova, OV (2013). "Propiedades magnéticas y estructura de dominio de cristales individuales FeB". Ciencia de los metales y tratamiento térmico . 55 (1–2): 68–72. Código Bibliográfico : 2013MSHT ... 55 ... 68Z . doi : 10.1007 / s11041-013-9581-0 . S2CID 136585232 .
- ^ Haynes, William M. Manual de química y física (edición 91). 2010, Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-1439820773
- ^ a b "Borrado / Boronizado (DHB)" . Tecnologías de revestimiento IBC . Tecnologías de revestimiento IBC . Consultado el 17 de noviembre de 2014 .
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