Carbure de chrome
Le carbure de chrome, ou dicarbure de trichrome, est un composé chimique de formule Cr3C2. Il s'agit d'une céramique réfractaire combustible mais difficilement inflammable qui cristallise dans le système orthorhombique avec le groupe d'espace Pnma[3] (no 62). On peut le trouver à l'état naturel sous la forme d'un minéral très rare, la tongbaïte (en)[5]. Il existe également d'autres carbures de chrome, de formule Cr7C3 et Cr23C6, de structures cristallines respectivement hexagonale et cubique[6] ; un dérivé ferreux ce dernier a été signalé en 1998 sous la forme d'un minéral appelé isovite formé de (Cr,Fe)23C6[7]. Ces composés, surtout le Cr3C2, sont résistants à l'usure et sont utilisés en traitement de surface.
| Carbure de chrome | |
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| __ Cr __ C Structure cristalline du carbure de chrome |
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| Identification | |
|---|---|
| No CAS | |
| No ECHA | 100.031.420 |
| No CE | 234-576-1 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Apparence | Poudre gris inodore combustible pratiquement insoluble dans l'eau[1] |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | Cr3C2 |
| Masse molaire[2] | 180,009 7 ± 0,003 4 g/mol C 13,34 %, Cr 86,66 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 1 890 °C[1] |
| T° ébullition | 3 800 °C[1] |
| Solubilité | Pratiquement insoluble dans l'eau[1] |
| Masse volumique | 6,68 g·cm-3[1] à 20 °C |
| Cristallographie | |
| Système cristallin | Orthorhombique |
| Classe cristalline ou groupe d’espace | Pnma (no 62) [3] |
| Paramètres de maille | a = 553,99(6) pm, b = 283,27(4) pm, c = 1 149,4(1) pm, Z = 4[3] |
| Précautions | |
| SGH[4] | |
 Attention |
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| NFPA 704[4] | |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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Préparation
modifierOn peut obtenir du carbure de chrome par mécanosynthèse (en). Dans ce type de procédé, le chrome métallique et le carbone pur sous forme de graphite sont chargés dans un moulin à billes et broyés en une poudre fine. Une fois les composants broyés, ils sont pressés pour former une pièce en forme de pastille qui est ensuite soumise à un pressage isostatique à chaud. Ce dernier utilise un gaz inerte, principalement de l'argon, dans un four scellé. Ce gaz sous pression applique à la pièce une pression équivalente dans toutes les directions pendant que le four est chauffé. La chaleur et la pression font réagir le graphite et le chrome métallique pour donner du carbure de chrome. La diminution de la fraction de carbone dans le mélange initial a pour effet de favoriser la formation des formes Cr7C3 et Cr23C6 de carbure de chrome[8].
Le carbure de chrome peut être obtenu en faisant réagir de l'oxyde de chrome(III) Cr2O3 avec de l'aluminium pur et du graphite dans une réaction exothermique[8] :
Dans cette méthode, les réactifs sont broyés et mélangés dans un moulin à billes. Le mélange en poudre est ensuite pressé pour former une pièce en forme de pastille placée sous atmosphère inerte d'argon. L'échantillon est ensuite chauffé. La chaleur peut être fournie par un fil chauffé, une étincelle, un laser ou un four. La réaction étant exothermique, elle se propage dans le reste de l'échantillon en même temps que la chaleur.
Utilisation
modifierLe carbure de chrome est utilisé comme additif dans les outils de coupe en carbures cémentés, afin d'en améliorer la dureté en empêchant la croissance de grains de grande taille. Le principal constituant de la plupart des outils de coupe de grande dureté est le carbure de tungstène WC. Ce dernier est combiné avec d'autres carbures tels que le carbure de titane TiC, le carbure de niobium NbC et le carbure de chrome Cr3C2 et fritté avec une matrice de cobalt. Le Cr3C2 empêche la formation de grains trop gros dans le composite, ce qui se traduit par une structure à grains plus fins d'une ténacité supérieure.
Notes et références
modifier- Entrée « Trichromium dicarbide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 13 octobre 2020 (JavaScript nécessaire)
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) Jochen Glaser, Ruth Schmitt et H.‐Juergen Meyer, « Structure Refinement and Properties of Cr3C2 », Physical Inorganic Chemistry, vol. 34, no 52, (DOI 10.1002/chin.200352014, lire en ligne)
- « Fiche du composé Chromium carbide, 99.5% (metals basis) », sur Alfa Aesar (consulté le ).
- (en) « Tongbaite », sur mindat.org, Mindat.org (consulté le ).
- (en) R. Chattopadhyay, Surface Wear: Analysis, Treatment, and Prevention, ASM International, 2001, p. 228–229. (ISBN 978-0-87170-702-4)
- (ru) M. E. Generalov, V. A. Naumov, A. V. Mokhov et N. V. Trubkin, « Isovite (Cr,Fe)23C6—a new mineral from the gold-platinum bearing placers of the Urals », Zap Vseross Mineral O-va, no 127, , p. 26-37
- (en) Osvaldo Mitsuyuki Cintho, Eliane Aparecida PeixotoFavilla et José Deodoro Trani Capocchi, « Mechanical–thermal synthesis of chromium carbides », Journal of Alloys and Compounds, vol. 439, nos 1-2, , p. 189-195 (DOI 10.1016/j.jallcom.2006.03.102, lire en ligne)