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] (n^o 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.

Identification
Carbure de chrome

__ Cr __ C Structure cristalline du carbure de chrome
N^o CAS	12012-35-0
N^o ECHA	100.031.420
N^o CE	234-576-1
SMILES	[C-]#[Cr].[C-]#[Cr].[Cr+2] PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/2C.3Cr/q2-1;;;+2 Std. InChIKey :* GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N
Apparence	Poudre gris inodore combustible pratiquement insoluble dans l'eau[1]
Propriétés chimiques
Formule	C₂Cr₃Cr₃C₂
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 (n^o 62) [3] orthorhombique Hermann-Mauguin : $P~2_{1}/n~2_{1}/m~2_{1}/a\,$ Hermann-Mauguin court : $Pnma\,$ Schoenflies : $D_{2h}^{16}\,$
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 H228 et P210 H228 : Matière solide inflammable P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer.
NFPA 704[4]
2 0 0

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

On peut obtenir du carbure de chrome par alliage mécanique (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] :

3 Cr₂O₃ + 6 Al + 4 C ⟶ 2 Cr₃C₂ + 3 Al₂O₃.

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.

Le 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

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, n^o 52,‎ 30 décembre 2003 (DOI 10.1002/chin.200352014, lire en ligne)
« Fiche du composé Chromium carbide, 99.5% (metals basis) », sur Alfa Aesar (consulté le 13 octobre 2020).
(en) « Tongbaite », sur https://www.mindat.org/, Mindat.org (consulté le 13 octobre 2020).
(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, n^o 127,‎ 1998, 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, n^os 1-2,‎ 31 juillet 2007, p. 189-195 (DOI 10.1016/j.jallcom.2006.03.102, lire en ligne)

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[GESTIS-1] 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)

[2] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[10.1002/chin.200352014-3] (en) Jochen Glaser, Ruth Schmitt et H.‐Juergen Meyer, « Structure Refinement and Properties of Cr₃C₂ », Physical Inorganic Chemistry, vol. 34, n^o 52,‎ 30 décembre 2003 (DOI 10.1002/chin.200352014, lire en ligne)

[aa-4] « Fiche du composé Chromium carbide, 99.5% (metals basis) », sur Alfa Aesar (consulté le 13 octobre 2020).

[Mindat-5] (en) « Tongbaite », sur https://www.mindat.org/, Mindat.org (consulté le 13 octobre 2020).

[978-0-87170-702-4-6] (en) R. Chattopadhyay, Surface Wear: Analysis, Treatment, and Prevention, ASM International, 2001, p. 228–229. (ISBN 978-0-87170-702-4)

[7] (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, n^o 127,‎ 1998, p. 26-37

[10.1016/j.jallcom.2006.03.102-8] (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, n^os 1-2,‎ 31 juillet 2007, p. 189-195 (DOI 10.1016/j.jallcom.2006.03.102, lire en ligne)