Qu’est-ce que le nitrure de fer ?
Le nitrure de fer est un composé intrusif de fer et d’azote présentant plusieurs formes cristallines, telles que “Fe2N”, “Fe4N” et “Fe16N2”.
En fonction de la teneur en azote, le système cristallin change et les propriétés magnétiques varient considérablement. Ils ont des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des oxydes et présentent une excellente résistance à la corrosion, aux intempéries et à la dureté. Il possède également des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des oxydes. Par conséquent, il possède des propriétés telles qu’une résistance à la corrosion, une résistance aux intempéries et une dureté supérieures à celles du métal Fe.
Le Fe4N se caractérise par ses propriétés ferromagnétiques à température ambiante. La température de Curie, c’est-à-dire la température à laquelle se produit la transition du ferromagnétisme au paramagnétisme, est d’environ 490 °C. Parmi les nitrures de Fer, le Fe4N et le Fe16N2 en particulier ont une magnétisation à saturation élevée et devraient donc être utilisés dans diverses applications en tant que matériaux magnétiques présentant une excellente résistance à la corrosion, aux intempéries et aux propriétés mécaniques.
Utilisations du nitrure de fer
Le nitrure de fer est utilisé pour le durcissement superficiel des aciers ferritiques et autres en raison de sa grande dureté, de son excellente résistance à l’usure et à la corrosion. L’utilisation d’une méthode de durcissement superficiel appelée nitruration permet de durcir la surface et d’améliorer la résistance à l’usure de l’acier. Ce procédé est couramment utilisé pour les pièces d’avion, mais il peut également être utilisé pour les poêles à frire et autres ustensiles de cuisine.
Les méthodes de nitruration utilisées pour les traitements de surface comprennent la nitruration au gaz, la nitruration en bain de sel et la nitruration ionique. La nitruration au gaz a été mise au point en 1923 et implique un chauffage au gaz ammoniac. La nitruration en bain de sel a été mise au point pour une nitruration rapide et consiste à chauffer un élément dans un bain de sel contenant principalement des sels de cyanure. La nitruration ionique produit des ions en appliquant une tension de plusieurs centaines de volts à un mélange de gaz d’azote et d’hydrogène, qui sont ensuite bombardés à grande vitesse sur le matériau traité pour le nitrurer.
Le nitrure de fer, avec ses propriétés ferromagnétiques, est également un matériau prometteur pour les aimants permanents. Le meilleur aimant permanent commercialisé à ce jour est l’aimant en néodyme. Les aimants au néodyme sont chers à produire parce qu’ils contiennent des terres rares, mais ils sont désormais disponibles à bas prix. Le nitrure de fer fait l’objet de recherches en tant que matériau alternatif aux aimants en néodyme et est également appelé « aimant sans terres rares ».
Propriétés du nitrure de fer
1. Dureté élevée
La nitrure de fer est beaucoup plus dure que l’acier normal et sa dureté peut atteindre plus de cinq fois celle de l’acier normal. Cette dureté élevée est due au renforcement de la solution solide par l’azote. Le renforcement par mise en solution est une méthode permettant d’augmenter la résistance en ajoutant différents éléments à un métal, ce qui provoque des déformations dans l’arrangement atomique et limite le mouvement des dislocations.
Les atomes sont normalement disposés de manière régulière, mais de minuscules défauts, appelés « dislocations », peuvent être présents. Lorsqu’une force est appliquée, les dislocations structurellement instables se déplacent dans cette direction et finissent par se déformer.
L’intrusion de l’azote dans la structure des atomes de fer a pour effet de déformer l’arrangement atomique et d’inhiber la transition. De même qu’il est plus difficile de conduire sur une route irrégulière que sur une route pavée, les transitions sont moins susceptibles de se déplacer dans un arrangement atomique déformé.
2. Résistance à la rouille
Le nitrure de fer a la propriété d’être plus résistant à la corrosion que l’acier ordinaire. La résistance à la corrosion est la propriété de résister à la rouille. Plusieurs théories expliquent pourquoi le nitrure de fer résiste à la rouille, mais on ne le sait pas avec certitude. Cependant, la résistance à la corrosion a été prouvée expérimentalement. On peut également dire que le nitrure de fer résiste aux intempéries, car il résiste à la rouille même lorsqu’il est mouillé à l’extérieur, dans le champ de nitruration. La résistance aux intempéries fait référence à la propriété de résister aux changements climatiques.
3. Ferromagnétisme
Le Fe4N se caractérise par ses propriétés ferromagnétiques à température ambiante. Parmi les nitrures de Fer, le Fe4N et le Fe16N2 en particulier ont des valeurs d’aimantation à saturation élevées et est utilisé dans diverses applications en tant que matériaux magnétiques présentant une excellente résistance à la corrosion, aux intempéries et aux propriétés mécaniques. Le nitrure de Fer se caractérise également par le fait qu’il ne contient pas de terres rares et est donc également connu comme un aimant sans terres rares.
Les cristaux de fer normaux ont une structure cristalline cubique dont tous les côtés ont la même longueur. En revanche, le Fe16N2 présente une structure cristalline rectangulaire allongée dans la direction d’un axe spécifique. Les moments magnétiques des atomes de fer sont donc orientés dans la direction spécifique des axes cristallins, ce qui entraîne une forte force magnétique.
Dans le Fe16N2, produit énergétique qui exprime les performances d’un aimant permanent, est le plus important de tous les types d’aimants. La température de Curie, qui est la température à laquelle se produit la transition du ferromagnétisme au paramagnétisme, est d’environ 490 °C. On sait également que la démagnétisation due à la température est faible.