Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Получение двойных сплавов ниобия с легкоплавкими металлами осаждением наночастиц

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-40-48

Полный текст:

Аннотация

Осаждением распыленных в плазме низкого давления наноразмерных частиц металлов c использованием эффекта термофлуктуационного плавления получены двойные сплавы ниобия с оловом, свинцом и кадмием. Эффект термофлуктуационного плавления предполагает пребывание малой частицы в квазижидком состоянии до некоторого критического размера, превышение которого в результате конденсации пара или слияния (коалесценции) других квазижидких частиц приводит к кристаллизации капли. Найденные критические размеры, при которых частицы находятся в квазижидком состоянии и способны к коалесценции и образованию сплава – твердого раствора, составляют, нм: для Nb – 2,1÷2,2, Sn – 0,4, Pb – 0,6, Cd – 3,2. Границей области существования твердых растворов металлов в ниобии определены концентра- ции, ат.%: Sn – 25,5, Pb – 23,0, Cd – 64,5. Твердый раствор представляет собой кристаллическую решетку матричного металла – ниобия, в которой размещены атомы свинца, кадмия и олова. В связи с тем, что размеры атомов внедряемых металлов отличаются от таковых у матричного ниобия, происходят изменение параметров решетки матрицы (Nb) и возникновение в ней дополнительных напряжений вплоть до разрушения последней. Параметры ОЦК-решетки твердых растворов увеличиваются с повышением концентраций Pb, Cd и Sn в связи с их бóльшими, по сравнению с ниобием, размерами атомов. Для сплавов со свинцом и кадмием отмечена смена темпа роста кристаллической решетки, обусловленная сменой схемы размещения атомов примесей в матричной решетке ниобия. На основании полученных критических размеров частиц металлов оценены величины поверхностного натяжения на границе кристалл–расплав, составившие, Дж/м2: 1,17–1,22 (для Nb); 1,15·10–2 (Sn); 1,48·10–2 (Pb); 0,142 (Cd). Получение сплавов тугоплавкого ниобия с оловом, свинцом и кадмием является примером использования размерного эффекта при изготовлении новых материалов.

Об авторах

В. Н. Володин
Satbayev University, Институт металлургии и обогащения; Институт ядерной физики
Казахстан

Докт. физ.-мат. наук., докт. техн. наук, проф., гл. науч. сотр. лаборатории вакуумных процессов; гл. науч. сотр. лаборатории ионно-плазменных технологий.

050010, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1



Ю. Ж. Тулеушев
Институт ядерной физики
Казахстан

Канд. техн. наук., вед. науч. сотр. лаборатории ионно-плазменных технологий.

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1



С. А. Требухов
Satbayev University, Институт металлургии и обогащения
Казахстан

Канд. техн. наук, ассоц. проф., зам. ген. директора.

050010, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133



А. В. Ниценко
Satbayev University, Институт металлургии и обогащения
Казахстан

Канд. техн. наук, зав. лабораторией вакуумных процессов.

050010, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133



Н. М. Бурабаева
Satbayev University, Институт металлургии и обогащения
Казахстан

Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории вакуумных процессов.

050010, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/133



Список литературы

1. Векшинский С.А. Новый метод металлографического исследования сплавов. М.: Огиз-Гостехиздат, 1944. Vekshinskii S.A. New method for metallographic study of alloys. Moscow: Ogiz-Gostekhizdat, 1944 (In Russ.).

2. Жданов Г.С., Верцнер В.Н. Непосредственное наблюдение процессов конденсации и кристаллизации ртути. Физика твердого тела. 1966. Т. 8. No. 4. P. 1021— 1027. Zhdanov G.S., Vertsner V.N. Direct observation of the processes of condensation and crystallization of mercury. Fizika tverdogo tela. 1966. Vol. 8. No. 4. P. 1021—1027 (In Russ.).

3. Peppiatt S.J. The melting of small particles. II. Bismuth. Proc. Royal Soc. A. London. 1975. Vol. A345. No. 1642. P. 401—412.

4. Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons. Thin Solid Films. 1977. Vol. 46. No. 2. P. 177—185.

5. Жданов Г.С. Температурный гистерезис фазового перехода и механизм кристаллизации тонких металлических пленок. Физика твердого тела. 1977. Vol. 19 No. 1. С. 299—301. Zhdanov G.S. Temperature hysteresis of the phase transition and the mechanism of crystallization of thin metal films. Fizika tverdogo tela. 1977. Vol. 19. No. 1. P. 299—301 (In Russ.).

6. Овсиенко Д.Е., Маслов В.В., Костюченко В.П. Переохлаждение никеля и кобальта в малых объемах. Кристаллография. 1971. Vol. 16. No. 2. С. 405—407. Ovsienko D.E., Maslov V.V., Kostyuchenko V.P. Supercooling of nickel and cobalt in small volumes. Kristallografiya. 1971. Vol. 16. No. 2. P. 405—407 (In Russ.).

7. Buffat Ph., Borel J.-P. Size effect on the melting temperature of gold particles. Phys. Rev. A. 1976. Vol. 13. No. 6. P. 2287—2298.

8. Perepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys. J. Non-Cryst. Solids. 1993. Vol. 156—158. P. 463—472.

9. Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different. Chem. Soc. Rev. 2006. Vol. 35. P. 583—592. DOI: 10.1039/b502142c.

10. Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2010. Vol. 20. No. 2. P. 248—253.

11. Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles. Chem. Phys. Lett. 2006. Vol. 429. No. 4. P. 492—496.

12. Stowell M.J. The solid-liquid interfacial free energy of lead from supercooling data. J. Theor. Exp. Appl. Phys. 1970. Vol. 22. No. 176. P. 1—6.

13. Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size — and shape — dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals. J. Phys. Chem. Solids. 2018. Vol. 116. P. 79—85.

14. Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111. No. 4. P. 043515 (1—4).

15. Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials. Solid State Commun. 2011. Vol. 151. No. 3. Р. 229—233.

16. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010. Roduner E. Dimensional effects in nanomaterials. Moscow: Tekhnosfera, 2010 (In Russ.).

17. Takagi M. Electron-diffraction study of liquid-solid transition of thin metals films. J. Appl. Phys. 1954. Vol. 9. No. 3. P. 359—369.

18. Pocza J.F. Investigation of nucleation by «in situ» technique. In: Int. Conf. Phys. Chem. Semicond. Heterojunct. and Layer Struct. (Budapest). 1970. Vol. 3. P. 61—78.

19. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей. М.: Наука, 1984. Skripov V.P., Koverda V.P. Spontaneous crystallization of supercooled liquids. Moscow: Nauka, 1984 (In Russ.).

20. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 2. Кн. 1. С. 529, 551. State diagrams of double metallic systems. Ed. N.P. Lyakishev. Moscow: Mashinostroenie, 2001. Vol. 2. Iss. 1. P. 529, 551 (In Russ.).

21. Володин В.Н. Фазовый переход жидкость-пар в двойных системах кадмия. Алматы: ОПНИ—ИЯФ, 2013. С. 151, 153, 184. Volodin V.N. Liquid-vapor phase transition in double cadmium systems. Almaty: OPNI — IYaF, 2013. P. 151, 153, 184 (In Russ.).

22. Кан Р.У., Хаазен П. Физическое металловедение. М.: Металлургия, 1987. Т. 1, 2. Kan R.U., Haazen P. Physical metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1987. Vol. 1, 2 (In Russ.).

23. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Ниценко А.В., Бурабаева Н.М. Размерный эффект при формировании сплава ниобия с кадмием ультрадисперсными частицами при низкой температуре. Комплекс. использ. минер. сырья. 2018. No. 4. P. 98—104. Volodin V.N., Tuleushev Ju.Zh., Nitsenko A.V., Burabaeva N.M. Dimensional effect in forming the niobium alloy with cadmium ultradispersed particles with low temperature. Kompleksnoe ispol’zovanie mineral’nogo syr’ya. 2018. No. 4. P. 98—104 (In Russ.).

24. Физические величины: Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 99, 289. Physical quantities. Ed. I.S. Grigor’ev, E.Z. Meilikhov. Moscow: Energoatomizdat, 1991. P. 99, 289 (In Russ.).


Для цитирования:


Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Требухов С.А., Ниценко А.В., Бурабаева Н.М. Получение двойных сплавов ниобия с легкоплавкими металлами осаждением наночастиц. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(5):40-48. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-40-48

For citation:


Volodin V.N., Tuleushev Yu.Z., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.M. Binary niobium alloying with low-melting metals by precipitation of nanoparticles. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2019;(5):40-48. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-40-48

Просмотров: 173


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)