Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме

Методом ізопериболічної калориметрії при 1770—1840 K визначено ентальпії змішування рідких сплавів Ni—B—Ме і подвійних граничних підсистем. Ентальпії змішування досліджених сплавів характеризуються значними екзотермічними ефектами. Встановлено фазовий склад багатих на нікель областей концентрацій си...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автор:	Кудін, В.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2013
Назва видання:	Современные проблемы физического материаловедения
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114528
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме / В.Г. Кудін // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2013. — Вип. 22. — С. 159-163. — Бібліогр.: 2 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-114528
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1145282017-03-09T03:02:18Z Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме Кудін, В.Г. Методом ізопериболічної калориметрії при 1770—1840 K визначено ентальпії змішування рідких сплавів Ni—B—Ме і подвійних граничних підсистем. Ентальпії змішування досліджених сплавів характеризуються значними екзотермічними ефектами. Встановлено фазовий склад багатих на нікель областей концентрацій систем Ni—B—Ме, де Me — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, особливості кристалічних структур та властивостей сполук, що утворюються в системах Ni—B—Me в залежності від умов синтезу. Методом изопериболической калориметрии при 1770—1840 К определены энтальпии смешения жидких тройных сплавов Ni—B—Ме и двойных граничных подсистем. Энтальпии смешения исследованных сплавов характеризуются значительными экзотермическими эффектами. Установлены фазовый состав богатых никелем областей концентраций систем Ni—B—Ме, где Me — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, особенности кристаллических структур и свойств соединений, которые образуются в системах Ni—B—Me в зависимости от условий синтеза. Mixing enthalpies of liquid ternaty alloys of Ni—B—Ме and binery subsystems. By the method of isoperibolic calorimetry at 1770—1840 K . Mixing enthalpies of investigated alloys were determinated by the method of isoperibolic calorimetry at 1770—1840 K. Investigated alloys characterized by considerable exothermic effect. Determinated of phase composition of rich on a nickel region of concentrations of the systems of Ni—B—Me, where Me—Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, features of crystalline structures and properties of compounds, wich formation in the systems of Ni—B—Me depending on the terms of synthesis. 2013 Article Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме / В.Г. Кудін // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2013. — Вип. 22. — С. 159-163. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. XXXX-0073 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114528 669.541.122 uk Современные проблемы физического материаловедения Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Методом ізопериболічної калориметрії при 1770—1840 K визначено ентальпії змішування рідких сплавів Ni—B—Ме і подвійних граничних підсистем. Ентальпії змішування досліджених сплавів характеризуються значними екзотермічними ефектами. Встановлено фазовий склад багатих на нікель областей концентрацій систем Ni—B—Ме, де Me — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, особливості кристалічних структур та властивостей сполук, що утворюються в системах Ni—B—Me в залежності від умов синтезу.
format	Article
author	Кудін, В.Г.
spellingShingle	Кудін, В.Г. Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме Современные проблемы физического материаловедения
author_facet	Кудін, В.Г.
author_sort	Кудін, В.Г.
title	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме
title_short	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме
title_full	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме
title_fullStr	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме
title_full_unstemmed	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме
title_sort	фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем ni—b—ме
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2013
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114528
citation_txt	Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме / В.Г. Кудін // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2013. — Вип. 22. — С. 159-163. — Бібліогр.: 2 назв. — укр.
series	Современные проблемы физического материаловедения
work_keys_str_mv	AT kudínvg fazovírívnovagiítermodinamíčnívlastivostísplavívpotríjnihsistemnibme
first_indexed	2025-07-08T07:36:14Z
last_indexed	2025-07-08T07:36:14Z
_version_	1837063394047295488
fulltext	159 УДК 669.541.122 Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме В. Г. Кудін Київський національний університет імені Тараса Шевченка, е-mail: kudin@univ.kiev.ua Методом ізопериболічної калориметрії при 1770—1840 K визначено ентальпії змішування рідких сплавів Ni—B—Ме і подвійних граничних підсистем. Енталь- пії змішування досліджених сплавів характеризуються значними екзотермічними ефектами. Встановлено фазовий склад багатих на нікель областей концентрацій систем Ni—B—Ме, де Me — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, особливості кристалічних структур та властивостей сполук, що утворюються в системах Ni—B—Me в залежності від умов синтезу. Ключові слова: фазові рівноваги, ізотермічні перерізи діаграм стану, калори- метрія, термодинаміка, розплави, нікель, бор, перехідні і неперехідні метали. На початок даної роботи τ-фази (структурного типу Cr23C6) отримували лише традиційними методами (електродугова плавка, порошкова металургія). Але успішна апробація методу реакційного спікання при високому тиску для синтезу подвійного бориду Ni3B і не тривіальність одержаних результатів стали підставою для використання цього методу і для синтезу потрійних τ-фаз систем Ni—B—Me (Ме — Ti, Zr, Hf, Al, Ga, Ge). Їх синтезували із порошків нікелю, Ni3B, диборидів титану, цирконію, гафнію, алюмінію, галію, германію. Дослідження показали, що взаємодія боридів титану, цирконію та гафнію з нікелем при тиску 8 ГПа та температурі 1200 °С веде до утворення в продуктах синтезу помітної кількості потрійних τ-фаз. Найбільшу реакційну здатність при даній температурі, як і очікувалося, виявив титан, меншу — цирконій та гафній. Значну кількість τ-фаз, синтезованих реакційним спіканням при високому тиску із порошків нікелю, бору з алюмінієм (галієм), зафіксовано в зразках, склад яких зсунутий в область з більшим вмістом Ме-компонента, тобто, згідно з літературними даними, в бік правої границі відповідних областей твердих розчинів. Слід вказати, що в зразках системи Ni—B—Ge фазу струк- турного типу Cr23C6 не виявлено. Проведене нами рентгеноструктурне дослідження продуктів синтезу підтвердило належність кристалічних структур, синтезованих при високому тиску фаз, до структурного типу Cr23C6. В результаті уточнення параметрів структури (коефіцієнтів заповнення атомами нікелю та Ме-металу відпо- відних правильних систем точок, координат атомів) встановлено розподіл атомів Ме-компонентів за правильними системами точок і склад сполук. Для безпосереднього визначення кількості компонентів в певній в τ-фазі зразків нікелю та бору з алюмінієм, титаном, цирконієм або гафнієм, син- тезованих реакційним спіканням при високому тиску, було використано локальний рентгеноспектральний аналіз. Отримані результати показують, © В. Г. Кудін, 2013 160 що склади потрійних боридів з алюмінієм та титаном в продуктах синтезу суттєво зсунуті в область з більшим вмістом в них Ме-компонента. Це відноситься як до використаної шихти, так і до наявних в літературі даних для аналогічних τ-фаз, синтезованих при нормальному тиску. Перевірку літературних даних про кристалічну структуру τ-фаз прово- дили на виготовлених індукційною плавкою при нормальному тиску сплавах Ni20-21Me3-2B6, склади яких знаходилися в області їх існування. В результаті рентгенівського дослідження виготовлених та термічно оброблених сплавів підтверджено наявні в літературі дані про існування в них потрійних боридів зі структурою типу Cr23C6, а також уточнено їх кристалічні структури. Локальний рентгеноспектральний аналіз показав, що склади синтезованих потрійних τ-фаз цілком відповідають викорис- таній для їх синтезу шихті. При вивченні розподілу атомів за правильними системами точок структури типу Cr23C6 виявлено, що в τ-фазі з алюмінієм реалізується повністю впорядкований стан з утворенням надструктури Ni20Al3B6. Зафіксовано також подібне майже повне впорядкування в сплаві з титаном. Слід зазначити, що утворення надструктури складу Ni20Al 3B6 для струк- тури типу Cr23C6 встановлено вперше (раніше було відомо про існування надструктури дещо іншого складу в карбідній τ-фазі Cr21W2C6). Тому сполуку Ni20Al3B6 слід розглядати як новий структурний тип — надструктуру ІІ роду до відомого структурного типу Cr23C6. Кристало- графічні дані і деякі фізичні властивості бориду Ni20Al3B6 подано в таблиці. Встановлено, що атоми нікелю (Ni(1), Ni(2)) формують в структурі 12- та 13-многогранники (кубооктаедр та його похідну), в вершинах яких знаходяться атоми нікелю, бору та алюмінію (міжатомні відстані 0,194— 0,259 нм) (рис. 1). Атоми алюмінію в структурі утворюють многогранни- ки двох типів. Для атомів Al(1) — це кубооктаедри (координаційне число 12) з міжатомними відстанями 0,2528 нм, а для атомів Al(2) — це тетраедри (координаційне число 4) з міжатомними відстанями 0,2349 нм. У вершинах Кристалографічні дані і деякі фізичні властивості бориду Ni20Al3B6 Атом Позиція x y z Ni(1) 48h 0 0,170(1) 0,170(1) Ni(2) 32f 0,379(1) 0,379(1) 0,379(1) Al(1) 8c 0,25 0,25 0,25 Al(2) 4a 0 0 0 B 24e 0,31(2) 0 0 Просторова група Fm3m (225) Період гратки, нм a = 1,0514 (3) Незалежні відбиття 135 Ізотропна температурна поправка B, ·102 нм2 B = 2,98(3) Фактор розбіжності R = 0,059 Температура плавлення, оС 1190 Магнітна сприйнятливість χ, ⋅106 г/см3 1,7 Мікротвердість, ГПа 12 Термічна стійкість на повітрі Не окиснюється до 1000 °С 161 Рис. 1. Кристалографічні многогранники в структурі Ni20Al 3B6 атомів бору (а), алюмінію (б) та нікелю (в). Проекція вздовж напрямку (111) (точки — атоми елементів). многогранників як першого, так і другого виду знаходяться лише атоми нікелю. Атоми бору утворюють 8-гранник з міжатомними відстанями 0,194—0,2315 нм. Таке розташування атомів нікелю, алюмінію та бору в структурі типу Cr23C6, вірогідно, і є причиною того, що повністю впорядкований борид Ni20Al3B6 є парамагнетиком Паулі з дуже слабкою залежністю χ від температури. Дослідження діаграм стану і термодинамічних властивостей сплавів потрійних систем є складним експериментальним завданням. Тому в останні роки активно розробляються методи, які дозволяють моделювати їх. Використовуючи експериментальні дані, які отримані нами для сплавів граничних подвійних систем, а також достовірні літературні дані, в повному концентраційному інтервалі за рівнянням Тупа змодельовано термодинамічні властивості розплавів потрійних систем Ni—B—Ме. На рис. 2 наведено одержані дані для потрійних систем Ni—B—Al (В). Видно, що мінімум ентальпії змішування сплавів нікелю та бору з алюмінієм або галієм в рідкому стані припадає на подвійні граничні системи Ni—Al, Ni—Ga. Саме взаємодія компонентів в цих подвійних системах і визначає характер фазових рівноваг у потрійних системах Ni— B—Al та Ni—B—Ga. Потрійні τ-фази, які, згідно з літературними даними, утворюються в зазначених системах, існують в концентраційних областях, ентальпії змішування в котрих складають від –40 до –50 кДж/моль. Це один із основних факторів їх утворення. Для прогнозування і побудови діаграми стану потрійних систем Ni—B—Ме нами застосовано модель субрегулярных розчинів, яка враховує залежність енергії утворення фаз від температури і складу при в б а 162 Рис. 2. Розраховані за рівнянням Тупа ізоентальпії змішування розплавів потрійних систем Ni—B—Al (Ga) та експериментальні ізо- термічні перерізи діаграми стану цих систем при 1000 °С (Ni—B—Al) та 800 °С (Ni—B—Ga). Р = 105 Па. На основі цієї моделі за допомогою пакету програм Thermocalc побудовано ізотермічний переріз діаграми стану системи Ni—B—Ti при 900 °С (рис. 3). Видно, що характер фазових рівноваг на розрахованому ізотермічному перерізі неповністю узгоджується з експериментальними результатами. Тобто і за розрахунком і в дійсності фазові рівноваги в основному формує диборид титану TiB2. Проте потрійний борид (τ-фаза) зі структурою типу Cr23C6 на розрахованому ізотермічному перерізі відсутній, хоча він є досить стабільним і, як показано нами, легко утворюється навіть при реакційному спіканні в умовах високого тиску. Існування зазначених розбіжностей між розрахованими і експеримен- тально дослідженими ізотермічними перерізами діаграм стану систем нікелю та бору з Ме-компонентами (аналогічні результати отримані нами і для інших систем) показує недосконалість задіяних в програмі алгоритмів, Рис. 3. Ізотермічний переріз (900 °С) діаграми стану системи Ni—B—Ті, розрахований за допомогою пакету програм Thermocalc та досліджений. 163 бо при проведенні всіх розрахунків нами використано достовірні дані про значення необхідних для цього термодинамічних параметрів. Таким чином, щоб коректно розрахувати діаграми стану, необхідно задавати склади сполук, які експериментально встановлені. Крім того, доцільно знаходити закономірності в будові діаграм стану різних типів, щоб з їх допомогою прогнозувати не досліджені системи [1, 2]. 1. Rogl P. Ternary metal boron carbides / P. Rogl, H. Bittermann // Internat. J. of Refractory Metals & Hard Materials. — 1999. — 17 (1—3). — P. 27—32. 2. Rogl P. Ternary metal boron carbides; constitution, thermodynamics, compound formation and structural chemistry / P. Rogl, H. Bittermann // High Technology (Materials Science of Carbides, Nitrides and Borides). — 1999. — 68. — P. 29—46. Фазовые равновесия и термодинамические свойства сплавов тройных систем Ni—B—Ме В. Г. Кудін Методом изопериболической калориметрии при 1770—1840 К определены энталь- пии смешения жидких тройных сплавов Ni—B—Ме и двойных граничных подсистем. Энтальпии смешения исследованных сплавов характеризуются значительными экзотермическими эффектами. Установлены фазовый состав богатых никелем областей концентраций систем Ni—B—Ме, где Me — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, особенности кристаллических структур и свойств соединений, которые образуются в системах Ni—B—Me в зависимости от условий синтеза. Ключевые слова: фазовые равновесия, изотермические сечения диаграмм состояния, калориметрия, термодинамика, расплавы, никель, бор, переходные и непереходные металлы. Phase equilibrium and thermodynamic properties of alloys of the Ni—B—Ме termary system V. G. Kudin Mixing enthalpies of liquid ternaty alloys of Ni—B—Ме and binery subsystems. By the method of isoperibolic calorimetry at 1770—1840 K . Mixing enthalpies of investigated alloys were determinated by the method of isoperibolic calorimetry at 1770—1840 K. Investigated alloys characterized by considerable exothermic effect. Determinated of phase composition of rich on a nickel region of concentrations of the systems of Ni— B—Me, where Me—Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, features of crystalline structures and properties of compounds, wich formation in the systems of Ni—B—Me depending on the terms of synthesis. Keywords: phase equilibrium, isothermal cuts of diagrams state, calorimetry, thermodynamics, melts, nickel, boron, transitional and non transitional metals.

Фазові рівноваги і термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Ni—B—Ме

Репозитарії

Схожі ресурси