ホウ化鉄
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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名 ホウ化鉄 | |
| その他の名前 ホウ化二鉄、Fe 2 B | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol） |
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| ケムスパイダー | |
| EC番号 |
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PubChem CID | |
CompToxダッシュボード（EPA） |
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| プロパティ | |
| Fe 2 B | |
| モル質量 | 122.501 g/mol [ 1 ] |
| 外観 | 耐火固体 |
| 密度 | 7.3 g/cm 3 [ 1 ] |
| 融点 | 1,389 °C (2,532 °F; 1,662 K) [ 1 ] |
| 不溶性 | |
| 構造[ 2 ] | |
| 正方晶、tI12 | |
| I4/mc、No.140 | |
a = 0.511 nm、b = 0.511 nm、c = 0.4249 nm | |
数式単位（Z） | 4 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。 | |
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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名 ホウ化鉄 | |
| その他の名前 鉄ホウ化物、FeB | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol） |
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| ケムスパイダー | |
| EC番号 |
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PubChem CID |
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| プロパティ | |
| 2月 | |
| モル質量 | 66.656 [ 1 ] |
| 外観 | 灰色の粉 |
| 密度 | 約7 g/cm 3 [ 1 ] |
| 融点 | 1,658 °C (3,016 °F; 1,931 K) [ 1 ] |
| 不溶性 | |
| 構造[ 3 ] | |
| 斜方晶系、oP8 | |
| Pnma、第62号 | |
a = 0.4061 nm、b = 0.5506 nm、c = 0.2952 nm | |
数式単位（Z） | 4 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。 | |
ホウ化鉄は、化学式 Fe x B yで表される様々な無機化合物を指します。[ 4 ]主なホウ化鉄には FeB と Fe 2 B の 2 つがあります。ホウ化鉄の中には、磁性、導電性、耐腐食性、極めて高い硬度などの有用な特性を持つものがあります。一部のホウ化鉄は、鉄の硬化コーティングとして使用されています。ホウ化鉄は、高硬度などのセラミックの特性と、熱伝導性や導電性などの金属の特性を備えています。鉄にホウ化物コーティングを施すと、機械的性質、摩擦特性、耐腐食性が優れています。[ 5 ]一ホウ化鉄 (FeB) は灰色の粉末で、水に溶けません。FeB は Fe 2 B よりも硬いですが、衝撃を受けると脆くなりやすく、簡単に壊れます。
形成
熱化学的形成
鉄ホウ化物は、ホウ素を多く含む化合物を鉄表面で熱化学的に反応させて鉄ホウ化物の混合物を形成することで形成されます。このプロセスはホウ化処理と呼ばれます。ホウ化物コーティングの形成方法には、ガスホウ化処理、溶融塩ホウ化処理、パックホウ化処理など、いくつかの方法があります。[ 6 ]典型的には、四ホウ化炭素（B 4 C）または結晶性ホウ素をテトラフルオロホウ酸塩フラックス中で鉄表面に焼結させることでコーティングを形成します。ホウ素原子は1023～1373 Kの温度で鉄基板に拡散します。最初にFe 2 B層を形成し、次にFeB層を形成します。形成される化合物と組成の範囲は、温度や周囲の環境などの反応条件によって異なります。[ 6 ]
バルクFeBは、高温不活性ガス炉[ 7 ]または電子レンジ[ 8 ]内で鉄とホウ素を単純に反応させることで形成されます。
合成
ホウ化鉄ナノ粒子は、配位性の高い溶媒中でホウ化鉄塩を水素化ホウ素ナトリウムを用いて還元することによって生成される。また、水素化ホウ素ナトリウムを用いて鉄塩を還元することによっても作製される。[ 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
構造と特性
初期の研究では、FeBとFe 2 Bの構造は格子間原子であることが知られていました。FeBは斜方晶系で、Fe 2 Bは体心正方晶系です。[ 10 ]
2月
FeBは、7つの鉄原子が配位するジグザグのホウ素原子鎖を有する。ホウ素原子は、わずかに歪んだ単頂三角柱状の鉄原子配位構造を有し、隣接する2つのホウ素原子は互いに隣接している。B-B単結合距離は178 pm、Fe-B間距離は215～220 pm、Fe-Fe間距離は240～272 pmである。各三角柱は隣接する三角柱と2つの直角面を共有し、無限の柱状構造を形成する。[ 3 ]
FeB単結晶は結合ドメインから構成されています。結合ドメインは磁化容易軸に平行で、磁化困難軸に垂直です。閉鎖ドメインの構造は「アスタリスクの列とジグザグ」と表現されます。結合ドメインは、主要ドメインの境界の配向に明確な方向性を持ち、閉鎖ドメインは菱形形状をしています。[ 3 ]
FeBは柔らかい強磁性化合物で、約325℃（617℉）以上で常磁性となる。[ 8 ]空気中では、FeB粉末は300℃以上で周囲の酸素と反応し始めるが、バルクのFeB材料はそれよりもはるかに高い温度でも空気中で安定していると予想される。[ 11 ] FeBは非常に硬い化合物（ビッカース圧入法で15～22GPa）であるが、FeB層は脆く、鋼や鉄から剥離しやすいため、ホウ化鋼には適していない。[ 12 ]
Fe 2 B
Fe 2 Bは、単一のホウ素原子が正方反柱状の鉄原子配位構造をとっている。ホウ素原子は互いに離れており、最短のB-B間距離は213 pmである。Fe-B間距離は218 pm、Fe-Fe間距離は240～272 pmである。[ 13 ]
Fe₂Bは強磁性化合物であり、742℃（1368℉）を超えると常磁性となる。[ 14 ]空気中では、Fe₂B粉末は400℃を超えると周囲の酸素と反応し始める。Fe₂Bの硬度は高い（ビッカース圧痕法で18.7GPaまたは1907HV）ため、[ 15 ]鉄や鋼の表面にホウ化処理によって均質なFe₂B層が形成され、耐摩耗性が向上する。[ 16 ]
2月4日
アプリケーション
ホウ化処理（ホウ素化とも呼ばれる）は、耐摩耗性、耐腐食性、耐摩耗性、耐酸化性を向上させるためによく使用されます。石油・ガス精製、化学抽出、自動車、農業、スタンピング、繊維押出、射出成形などの産業で使用されています。[ 5 ]
鉄系コーティングは、その機械的特性、摩擦特性、耐腐食特性から近年注目を集めています。従来使用されてきたセラミックやサーメット系の材料と比較すると、鉄系材料は比較的安価で、戦略的要素も少なく、様々な熱処理法によって経済的に生産でき、加工・加工も容易です。[ 17 ]
参照
参考文献
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