Сформированные наночастицами сплавы V–Cd: получение, фазовый состав и структура

Приведены результаты исследований распыления и осаждения ультрадисперсных частиц ванадия и кадмия на необогреваемые и перемещаемые относительно потоков плазмы подложки. Были получены покрытия в интервале концентраций кадмия от 9,6 до 88,6 ат.%. Критическим размером частиц ванадия, способных к образованию сплавов с кадмием, определена величина 0,6 нм. Концентрационной границей существования твердых растворов кадмия в ванадии является содержание кадмия ~37 ат.%, при большей его доли пленочное покрытие представлено смесью фаз кадмия и твердого раствора кадмия в ванадии. Зависимость параметра решетки α-ванадия от содержания кадмия в нем соответствует следующему выражению: а [нм] = 8·10–4СCd + + 0,3707, где СCd – концентрация кадмия, ат.%. На поверхности образца в области твердых растворов (31,6 ат.% Cd) обнаружено наличие нитевидных кристаллов кадмия, причиной появления которых является решеточное давление матричного металла. Отжиг богатых по содержанию кадмия пленок (69,5 ат.%) в вакууме сопровождается растрескиванием покрытия и образованием пор. Последнее может быть использовано как метод получения пористого ванадия.

1. Peppiatt S.J. The melting of particles. II. Bismuth. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1975; A345 (1642): 401—412. https://doi.org/10.1098/rspa.1975.0145

2. Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons. Thin Solid Films. 1977; 46 (2): 177—185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90060-8

3. Жданов Г.С. Температурный гистерезис фазового перехода и механизм кристаллизации тонких металлических пленок. Физика твердого тела. 1977; 19 (1): 299—301

4. Buffat Ph., Borel J-P. Size effect on the melting temperature of gold particles. Physical Review A. 1976; 13 (6): 2287—2298. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.13.2287

5. Perepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys. Journal of Non-Crystalline Solids. 1993; 156—158: 463—472. https://doi.org/10.1016/0022-3093(93)90002-F

6. Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different. Chemical Society Reviews. 2006; 35: 583—592

7. Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010; 20 (2): 248—253. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60130-8

8. Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles. Chemical Physics Letters. 2006; 429 (4): 492—496. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.08.027

9. Stowell M.J. The solid-liquid interfacial free energy of lead from supercooling data. Philosophical Magazine: A Journal оf Theoretical, Experimental аnd Applied Physics. 1970; 22 (176): 1—6. https://doi.org/10.1080/14786437008228146

10. Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size — and shape — dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2018; 116: 79—85. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.01.018

11. Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix. Journal of Applied Physics. 2012; 111 (4): 043515 (1—4). https://doi.org/10.1063/1.3686624

12. Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials. Solid State Communications. 2011; 151 (3): 229—233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.11.025

13. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010

14. Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. New Ta3Be phase in the film coatings of tantalum-beryllium alloys. Physics of Metals and Metallography. 2019. 120 (4): 361—365. https://doi.org/10.1134/S0031918X19040148

15. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.V. Fabrication of binary niobium alloys with low-melting metals by the deposition of nanoparticles. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2019; 60 (6): 639—645. https://doi.org/10.3103/S106782121906021X

16. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Trebukhov S.A., Burabaeva N.V., Nitsenko A.V. Synthesis of intermetallic phases in the Nb—Cd and Mo—Cd systems by ion-plasma sputtering and atomic layer deposition of metals in vacuum. Inorganic Materials. 2020; 56 (1): 28—34. https://doi.org/10.1134/S0020168520010185

17. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 3. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001.

18. Малышев В.П., Турдукожаева А.М., Оспанов Е.А., Саркенов Б. Испаряемость и кипение простых веществ. М.: Научный мир, 2010.

19. Володин В.Н., Ниценко А.В., Требухов С.А.,Бурабаева Н.М., Тулеушев Ю.Ж. Получение двойных сплавов кадмия с тугоплавкими металлами осаждением наночастиц. В сборнике докладов ХI международного конгресса «Цветные металлы и минералы — 2019» (Красноярск, 16—20 сент. 2019 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2019. С. 1019—1028.

20. Физическое металловедение. Под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена. М.: Металлургия, 1987.

21. Chuang T.H., Lin H.J., Chi C.C. Rapid growth of tin whiskers on the surface of Sn—6.6Lu alloy. Science: Materials. 2007; 56 (1): 45—48.

22. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Кенжалиев Б.К., Требухов С.А. Термическая деградация твердых сплавов системы ниобий—кадмий при низком давлении. Комплексное использование минерального сырья. 2020; (1 (312)): 41—47.