Бориды - Самсонов Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 88
Некоторые свойства боридных фаз железа
Свойство Fe2B FeB FeB^ (и~ 19)
Содержание бора, масс. % 8,84 16,25 >35
Структура Тетрагональная Ромбическая Псевдокубическая
Периоды решетки, А: 5,109[561]
а 5,506(561] •—
Ь — 2,952[561] —
с 4,249[561] 4,062[561] —
с/а 0,831 — —
Плотность, е/см3:
рентгеновская — — —
пикнометрическая 6,93—7,30 [357] 6,47—6,8 [357]
Теплота образования, ккал/моль — 9,2 [912] —
Теплота сублимации, кдж/моль 86,9 214 —
Удельная электронная теплоемкость, 5,32 [609] 10,35 1609] —
мдж/(г-атом-град)
Температура плавления, °С 1389[512] 1540 [512] 1650 [357] * 12[171] -!
Теплопроводность, вт/(м ¦ град) (Г=20° С) 3,0[171] -
38[455]
Удельное электросопротивление, 80 [455] -
MKOM-CM
Коэффициент термо-э. д. с, мкв/град —28 [171] —14,2 [171] -
(Т=20° С)
Магнитный момент, цв 1,91 [609] 1,11 [609] -
Намагниченность насыщения, ед. СГСМ 154 [139] 79,5 [139] -
Работа выхода, эв 3,3[171] 3,6 [171] -•
Микротвердость, кГ/мм* 1340 ±50 1650 ±50 2830 + 100
2,9[507] [357]
Модуль упругости, 10е кГ/см? 3,5 [5071 —
Цвет Серый
281
микротвердость и модуль упругости. Наблюдаемые закономерности можно проанализировать с точки зрения особенностей структурного и электронного строения боридов железа. Для атомов железа при образовании кристаллов характерно заполп нение За!-полосы [455], изменяется спектр валентных электронов атомов железа и бора таким образом, что атом металла стремится к захвату валентных электронов бора. Такое перераспределение электронной плотности проявляется в различных физических характеристиках, в частности на электросопротивлении.
Уменьшение величины магнитного момента и увеличение «удельной» электронной теплоемкости [607], результаты исследования эффекта Мёссбауэра [596, 686, 1009] свидетельствуют о заполнении З^-полосы железа электронами бора, в связи с чем плотность состояний в fif-полосе с возрастанием содержания бора й бориде увеличивается. Это приводит к перераспределению валентно-активных электронов между связями различных типов таким образом, что общая прочность межатомного взаимодействия увеличивается в результате усиления ковалентной связи В—В (см. гл. I)^
В термодинамическом отношении бориды железа нестойки, при 1650° С начинают разлагаться. Масс-спектроскопические исследования состава пара над Fe2B и FeB [140] показали, что теплоты сублимации Fe2B и FeB соответственно равны 86,9 и 214 кдж/моль. Низший борид железа Fe2B разлагается на же-* лезо и FeB:
Fe11B-V-Fe(D +FeB, высший борид FeB-г на составляющие элементы:
FeB Fe<r) + В(кр) і
Химические свойства боридов железа очень близки друг другу, Бориды железа хорошо растворяются в соляной, азотной, серной кислотах, взаимодействуют с перекисью водорода с образованием гидроокиси Fe(OH)3 [357, 496], почти не разлагаются водой при кипячении [496].
Способы получения боридов железа. При углеродном восстановлении смесей окислов железа и бора бориды железа загрязняются карбидом бора и железом, при силикотермическом способе в продуктах реакции наряду с боридами присутствует кремний. Несколько лучшие по чистоте бориды получаются при углеродном восстановлении смеси борида кальция с железом и алюминотермическом восстановлении борного ангидрида [24]. Технология получения ферробора внепечным алюминотермиче-ским восстановлением боратовых руд и в дуговой печи описана в работе [197]. Осаждением из газовой фазы были получены кристаллы Fe2B (300 мкм), ориентированные плоскостью [001] перпендикулярно поверхности осаждения [566].
282
Наиболее чистые бориды железа могут быть получены cne-s канием смеси порошков железа и бора в среде аргона при 1200—1300° G в течение 2 ч [357].
Большая практическая важность исследования ф.аз, образующихся в системе Fe-1B, возникает в связи с борированием стали, являющимся наиболее дешевым и доступным для промышленного производства методом создания на поверхности деталей высокотвердого и износостойкого слоя, который состоит в Основном из боридов железа. Образование боридов железа ведет к повышению сопротивления поверхностных слоев абразивному износу и коррозии в агрессивных средах, в. том числе и при высоких температурах [184, 198, 271, 369, 461].
Борирование чугуна и стали осуществляется различными методами, из которых можно выделить борирование в тазовой, твердой и жидкой фазах.
Газовое борирование в среде треххлористого бора [369] при* водит к образованию слоев, состоящих из бориДов FeB и Fe2B, повышающих твердость и Сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах.
Высокое качество боридных слоев получается при борирова-нии стали карбидом бора. Карбид бора наносится на сталь методом газопорошковой наплавки [45, 524]. В процессе наплавки происходит химическое взаимодействие карбида бора с железом по предполагаемой реакции
B4C 4- Fe -»-FeB.
Продукты реакции взаимодействуют, в свою очередь, с желе^ зом с образованием борокарбида железа Fe3 (CB),
Используется комплексное насыщение стали бором из паст, состоящих из аморфного бора с различными легирующими добавками [103, 368]. В процессе насыщения поверхности стали бором при любом методе борирования атомы бора, преодолев поверхностный энергетический барьер и внедрившись в кристаллическую решетку "аустенита, избирательно диффундируют по границам блоков и зерен, способствуя внутриблочной диффузии бора и повышению его объемной концентрации. Фронт предельного насыщения аустенита бором с течением времени удаляется от поверхности, а в зоне между поверхностью образца й этим фронтом развиваются кристаллизационные боридообразующие процессы. Сначала идет образование богатого металлом борида Fe2B. По мере поступления бора эта фаза растет, создаются условия для образования FeB1 которое идет через Fe2B, С появлением сплошной зоны из боридов поступление бора в глубину замедляется, появляется зона боридного аустенита с твердостью около 220 кГ/мм2 [368]. При борировании чугуна [103] перед слоем боридов образуется бороцементит Fe3 (CB).
