Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
Методом рентгенівської дифракції досліджено тестові проби, відібрані через годину механохімічного оброблення у високоенергетичному планетарному млині еквімолярної суміші порошку титану марки ПТ-4 з порошком нітриду ванадію (VN). З’ясовано, що вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш пор...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2025
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206607 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу / Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 4. — С. 33-44. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-206607 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2066072025-09-17T00:02:06Z Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу Kinetics of interaction between titanium PT-4 and vanadium nitride under mechanochemical alloying conditions Білявина, Н.М. Курилюк, А.М. Когутюк, П.П. Когутюк, П.П. Матеріалознавство Методом рентгенівської дифракції досліджено тестові проби, відібрані через годину механохімічного оброблення у високоенергетичному планетарному млині еквімолярної суміші порошку титану марки ПТ-4 з порошком нітриду ванадію (VN). З’ясовано, що вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш порошків гідриду титану (TiH₂; 60 мас. %) і α-Ti (40 мас. %), а вихідний порошок нітриду ванадію однофазний і містить нітрид складу VN₀,₉₃. У результаті уточнення кристалічних структур фаз встановлено, що за час експерименту (8 год механохімічного оброблення) взаємодія між компонентами шихти відбувається у два етапи. На першому етапі синтезу частина атомів ванадію залишає кристалічну структуру VN, які в подальшому занурюються в тетраедричні пори ромбоедрично деформованої структури TiH₂. На цьому ж етапі, очевидно, починається процес руйнування структури α-Ti з формуванням у зоні реакції млина кластерів титану, які на другому етапі синтезу займають утворені вакансії структури VN. Наприкінці експерименту фінальний продукт механохімічного синтезу, крім α-Ti містить сполуку ~ TiV₀,₃₃H₀,₆₆ на основі TiH₂ і твердий розчин складу ~ V₀,₇Ti₀,₃N₀,₉₃ на основі VN. Отриманий матеріал буде компактований для вивчення його властивостей і визначення подальших перспектив його використання для виготовлення медичного інструменту. X-ray analysis of samples taken one hour after mechanochemical processing in a high-energy planetary mill of an equimolar mixture of PT-4 titanium powder and vanadium nitride (VN) powder was carried out. It was found that the starting material of PT-4 titanium is a mixture of titanium hydride (TiH₂) powders (60 wt. %) and α-Ti (40 wt. %), and the starting vanadium nitride powder is single-phase and contains nitride of composition VN0.93. As a result of refining the crystal structures of the phases, it was shown that during the experiment (8 hours of mechanochemical treatment), the interaction between the charge components occurs in two stages. Namely, in the first stage of doping, some of the vanadium atoms leave the crystal structure of VN, which subsequently immerse into the tetrahedral pores of the rhombohedral deformed structure of TiH₂. At the same stage, the process of destruction of the α-Ti structure apparently begins with the formation of titanium clusters in the reaction zone of the mill, which at the second stage of alloying occupy the formed vacancies of the VN structure. At the end of the experiment, the final product of mechanochemical alloying, in addition to α-Ti, contains the compound ~TiV₀,₃₃H₀₆₆ based on the TiH₂ and a solid solution of the composition ~V₀,₇Ti₀,₃N₀,₉₃ based on the VN. The material obtained will be compacted to study its properties and determine further prospects for its use in the manufacture of medical instruments. Роботу виконано за фінансової підтримки Міністерства освіти і науки України (тема № 24БФ051-01 “Синтез біосумісних металокерамічних композитів для підвищення зносостійкості медичних інструментів та імплантів на основі титану”, грант Міністерства освіти і науки України для перспективного розвитку наукового напряму “Математичні науки та природничі науки” в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка). 2025 Article Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу / Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 4. — С. 33-44. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206607 621.762; 538.9; 539.26 https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.04.033 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Матеріалознавство Матеріалознавство |
| spellingShingle |
Матеріалознавство Матеріалознавство Білявина, Н.М. Курилюк, А.М. Когутюк, П.П. Когутюк, П.П. Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу Доповіді НАН України |
| description |
Методом рентгенівської дифракції досліджено тестові проби, відібрані через годину механохімічного оброблення у високоенергетичному планетарному млині еквімолярної суміші порошку титану марки ПТ-4 з порошком нітриду ванадію (VN). З’ясовано, що вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш порошків гідриду титану (TiH₂; 60 мас. %) і α-Ti (40 мас. %), а вихідний порошок нітриду ванадію однофазний і містить нітрид складу VN₀,₉₃. У результаті уточнення кристалічних структур фаз встановлено, що за час експерименту (8 год механохімічного оброблення) взаємодія між компонентами шихти відбувається у два етапи. На першому етапі синтезу частина атомів ванадію залишає кристалічну структуру VN, які в подальшому занурюються в тетраедричні пори ромбоедрично деформованої структури TiH₂. На цьому ж етапі, очевидно, починається процес руйнування структури α-Ti з формуванням у зоні реакції млина кластерів титану, які на другому етапі синтезу займають утворені вакансії структури VN. Наприкінці експерименту фінальний продукт механохімічного синтезу, крім α-Ti містить сполуку ~ TiV₀,₃₃H₀,₆₆ на основі TiH₂ і твердий розчин складу ~ V₀,₇Ti₀,₃N₀,₉₃ на основі VN. Отриманий матеріал буде компактований для вивчення його властивостей і визначення подальших перспектив його використання для виготовлення медичного інструменту. |
| format |
Article |
| author |
Білявина, Н.М. Курилюк, А.М. Когутюк, П.П. Когутюк, П.П. |
| author_facet |
Білявина, Н.М. Курилюк, А.М. Когутюк, П.П. Когутюк, П.П. |
| author_sort |
Білявина, Н.М. |
| title |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| title_short |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| title_full |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| title_fullStr |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| title_full_unstemmed |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| title_sort |
кінетика взаємодії титану марки пт-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2025 |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206607 |
| citation_txt |
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу / Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 4. — С. 33-44. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT bílâvinanm kínetikavzaêmodíítitanumarkipt4znítridomvanadíûzaumovmehanohímíčnogosintezu AT kurilûkam kínetikavzaêmodíítitanumarkipt4znítridomvanadíûzaumovmehanohímíčnogosintezu AT kogutûkpp kínetikavzaêmodíítitanumarkipt4znítridomvanadíûzaumovmehanohímíčnogosintezu AT kogutûkpp kínetikavzaêmodíítitanumarkipt4znítridomvanadíûzaumovmehanohímíčnogosintezu AT bílâvinanm kineticsofinteractionbetweentitaniumpt4andvanadiumnitrideundermechanochemicalalloyingconditions AT kurilûkam kineticsofinteractionbetweentitaniumpt4andvanadiumnitrideundermechanochemicalalloyingconditions AT kogutûkpp kineticsofinteractionbetweentitaniumpt4andvanadiumnitrideundermechanochemicalalloyingconditions AT kogutûkpp kineticsofinteractionbetweentitaniumpt4andvanadiumnitrideundermechanochemicalalloyingconditions |
| first_indexed |
2025-11-25T14:59:20Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:59:20Z |
| _version_ |
1849774857424732160 |
| fulltext |
33
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4: 33—44
Ц и т у в а н н я: Білявина Н.М., Курилюк А.М., Когутюк П.П., Старик С.П. Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4
з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4. С. 33—44. https://doi.
org/10.15407/dopovidi2025.04.033
© Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2025. Стаття опублікована за умовами відкритого доступу за
ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
MATERIALS SCIENCE
https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.04.033
УДК 621.762; 538.9; 539.26
Н.М. Білявина1, https://orcid.org/0000-0001-7371-3608
А.М. Курилюк1, https://orcid.org/0000-0003-3886-8174
П.П. Когутюк1, https://orcid.org/0000-0002-5405-0586
С.П. Старик2, https://orcid.org/0000-0003-1991-3275
1 Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ, Україна
2 Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, Київ, Україна
E-mail: alla.kuryliuk@knu.ua
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4
з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
Представлена академіком НАН України В.З. Туркевичем
Методом рентгенівської дифракції досліджено тестові проби, відібрані через годину механохімічного обро-
блення у високоенергетичному планетарному млині еквімолярної суміші порошку титану марки ПТ-4 з по-
рошком нітриду ванадію (VN). З’ясовано, що вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш по-
рошків гідриду титану (TiH2; 60 мас. %) і α-Ti (40 мас. %), а вихідний порошок нітриду ванадію однофазний і
містить нітрид складу VN0,93. У результаті уточнення кристалічних структур фаз встановлено, що за час
експерименту (8 год механохімічного оброблення) взаємодія між компонентами шихти відбувається у два
етапи. На першому етапі синтезу частина атомів ванадію залишає кристалічну структуру VN, які в по-
дальшому занурюються в тетраедричні пори ромбоедрично деформованої структури TiH2. На цьому ж ета-
пі, очевидно, починається процес руйнування структури α-Ti з формуванням у зоні реакції млина кластерів
титану, які на другому етапі синтезу займають утворені вакансії структури VN. Наприкінці експерименту
фінальний продукт механохімічного синтезу, крім α-Ti містить сполуку ~ TiV0,33H0,66 на основі TiH2 і твердий
розчин складу ~ V0,7Ti0,3N0,93 на основі VN. Отриманий матеріал буде компактований для вивчення його влас-
тивостей і визначення подальших перспектив його використання для виготовлення медичного інструменту.
Ключові слова: механохімічний синтез, гідрид, нітрид, кристалічна структура, рентгенівська дифрактометрія.
Вступ. Титан та його сплави, як відомо, широко застосовуються в більшості сфер маши-
нобудування і промисловості для конструювання різноманітних приладів та обладнання,
а також у медицині. Завдяки таким характеристикам, як низький модуль пружності, від-
мінна корозійна стійкість та підвищена біосумісність [1], саме титанові сплави (переважно
34 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
сплави так званого медичного титану марки T6Al4V, T6Al4V(ELI)) використувуються для
виготовлення хірургічного інструменту, зовнішніх та внутрішніх протезів, імплантів тощо.
Ідеальною зміцнювальною добавкою до сплавів з титановою матрицею вважаєть-
ся карбід титану (TiC) [2]. Проте набір унікальних фізико-хімічних властивостей, таких
як високі температура плавлення і твердість, хороша теплопровідність, висока хімічна
стабільність [3] та навіть біосумісність [4, 5], притаманні також і нітриду ванадію (VN).
Оскільки TiC може легко утворювати з титановою матрицею міцні міжфазні зв’язки [2], то
в цьому сенсі певний інтерес становить також і з’ясування характеру взаємодії VN як з ти-
тановою матрицею в цілому, так і з основною зміцнювальною до неї добавкою, а саме з TiC.
Раніше з використанням як компонентів шихти різних за складом сумішей TiC-VN ав-
торами методом механохімічного синтезу було отримано взаємні багатокомпонентні твер-
ді розчини (Ti,V)C та (V,Ti)N [6, 7], механічні характеристики яких наразі досліджуються з
метою з’ясування можливого застосування зазначених нових сполук для поліпшення екс-
плуатаційних характеристик медичного титану.
Для дослідження характеру взаємодії титанової матриці з VN як компоненту шихти
нами вибрано промисловий порошок титану марки ПТ-4, який за даними виробника, зо-
крема, застосовується і в медицині для виготовлення імплантів.
Мета. З огляду на викладене вище метою дослідження було детальне вивчення кінети-
ки взаємодії титану марки ПТ-4 з VN за умов механічного синтезу у високоенергетичному
планетарному млині еквімолярної суміші цих компонентів. Враховуючи результати наших
попередніх досліджень [8], щоб запобігти можливому окисненню складових шихти, до її
складу також було додано 1 об. % вуглецевих нанотрубок (ВНТ).
Матеріали і методи. Основними вихідними компонентами шихти слугували дисперс-
ні (до 50 мкм) порошки титану марки ПТ-4 та VN, характеристики яких наведено в табл. 1.
Підготовлену еквімолярну суміш порошків титану марки ПТ-4 з VN (з добавкою
1 об. % ВНТ) поміщали у сталевий стакан для подальшого механохімічного оброблення
у високоенергетичному планетарному млині. Для розмелювання шихти використовували
сталеві кульки діаметром 10 мм. Співвідношення маси кульок до порошку становило 20 : 1.
Оброблення шихти здійснювали за швидкості обертання 1400 об/хв у циклічному режимі:
20 хв оброблення і 10 хв охолодження, при цьому температура робочої зони млина під час
експерименту не перевищувала 100 оС.
Фазові перетворення, яких під час механохімічного оброблення зазнають компоненти
шихти, досліджували методом рентгенівської дифракції на тестових зразках, відібраних
через кожну повну годину розмелювання вихідної суміші в планетарному млині. Рент-
Таблиця 1. Характеристики порошкових компонентів шихти
Компонента
шихти Марка
Вміст компонентів, %
Основа Основні домішки Незначні
домішки
Ti ПТ-4, ТУ 14-22-57-92 98,00 Ti 0,20 N; 0,35 H; 0,20 Ni; 0,90 Si; 0,15 Fe C; Ca; Cl
VN CAS1 № 24646-85-3 99,5 VN 0,14 Fe Si
1 CAS (Chemical Abstracts Service) — номер реєстрації хімічної речовини.
35ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
генівські дані отримували на автоматизованому дифрактометрі ДРОН-3М (Cu Kα-ви-
промінювання) у дискретному режимі за таких параметрів сканування: діапазон зйомки
2θ = (20 ÷ 100)°, крок сканування 0,05°, час експозиції в кожній точці 3 с. Для аналізу та ін-
терпретації отриманих дифрактограм використовували оригінальний програмний пакет
[9], що містить повний комплекс стандартних процедур Рітвельда, у тому числі: первинне
опрацювання отриманих даних; якісний та кількісний фазовий аналіз з уточненням за
методом найменших квадратів параметрів ґраток ідентифікованих фазових складових;
тестування запропонованих структурних моделей та уточнення параметрів їх кристаліч-
ної структури (координати атомів, ступінь заповнення атомних позицій, температурні
поправки тощо); визначення параметрів реальної структури фаз (мікродеформації ґрат-
ки, розмір кристалітів).
Мікроструктуру виготовлених компактів досліджували на сканувальному електро-
нному мікроскопі (SEM) ZEISS EVO 50 XVP (“Carl Zeiss Microscopy GmbH”, Німеччина)
у матеріальному контрасті з використанням фазочутливого детектора Compact Zeiss
BackScattered Detector (CZ BSD) для збору зворотно розсіяних електронів. Елементний
вміст фазових складових зразків визначали на основі даних енергодисперсійної рентгенів-
ської спектроскопії (EDS) з використанням аналізатора Ultim Max 100 (“Oxford Instruments
plc”, Велика Британія) яким укомплектований SEM.
Результати і їх обговорення. Результати рентгенівського дослідження вихідних по-
рошків нітриду ванадію та титану марки ПТ-4 свідчать про те, що за фазовим складом
порошок нітриду ванадію являє собою саме VN0,93 з незначною кількістю вакансій у під-
ґратці азоту (табл. 2), тоді як порошок титану — суміш TiH2 і власне α-Ti. За даними кіль-
кісного фазового аналізу вміст TiH2 у вихідному порошку становить 60 мас. % (64 об. %),
а за результатами структурних розрахунків його структура повністю заповнена воднем
(див. табл. 2). Дифрактограму вихідної еквімолярної суміші порошків титану марки ПТ-4
з VN наведено на рис. 1.
TiH2
Ti
VN
8 год МХ
3 год МХ
Вихідний
Ін
те
нс
ив
ні
ст
ь
30 40 50
2θ, град
6035 45 55 65
Рис. 1. Фрагменти дифрактограм суміші титану
марки ПТ-4 з VN у вихідному стані і після певно-
го часу її механохімічного (МХ) оброблення
36 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
За даними [10, 11] додавання TiH2 до сумішей, призначених для виготовлення сплаву
Ti6Al4V, позитивно впливає на механічні властивості виготовленого матеріалу, які, зокре-
ма, пов’язані з ущільненням його мікроструктури і збільшенням пластичності. Так, до-
давання порошку TiH2 як пороутворювального та активного агента в процесі синтезу ме-
дичного титану Ti6Al4V зробило можливим отримати біосумісний матеріал із значенням
модуля Юнга 5,8—9,5 ГПа, подібний до губчастої кістки людини, що полегшує проблему
механічної невідповідності між кісткою і металічним титановим імплантатом [12]. Тому
вивчення характеру взаємодії VN з обома складовими промислового титанового порошку
ВТ-4, що містить TiH2 та α-Ti, має як науковий, так і практичний інтерес.
Таблиця 2. Кристалографічні дані для фаз VN та TiH2 у вихідній суміші
Атом Позиція Заповнення X Y Z
VN (структура типу NaCl)
V 4a 1,00(1) 0 0 0
N 4b 0,935(1) 0,25 0,25 0,25
Просторова група Fm3m (№ 225)
Параметр ґратки, нм a = 0,41251(8)
Температурна поправка, нм2 B = 0,32(2) ∙ 10−2
Сполука VN0,93
Фактор недостовірності RB = 0,028
TiH2 (структура типу CaF2)
Ti 4a 1,00(1) 0 0 0
H 8c 1,00(2) 0,25 0,25 0,25
Просторова група Fm3m (№ 225)
Параметр ґратки, нм a = 0,44124(8)
Температурна поправка, нм2 B = 0,71(9) ∙ 10−2
Сполука TiH2
Фактор недостовірності RB = 0,020
Таблиця 3. Кристалографічні дані для фази TiH2
після 2 год механохімічного оброблення (ромбоедрично спотворений гідрид TiH2)
Атом Позиція Заповнення X Y Z
Ti 3a 1,00(1) 0 0 0
V 3a 0,302(2) 0 0 0,327(2)
H(1) 3a 0,698(2) 0 0 0,327(2)
H(2) 3a 1,00(2) 0 0 0,666(2)
Просторова група R3m (№ 160)
Параметр ґратки, нм a = 0,3118(2); c = 0,7652(3)
Температурна поправка, нм2 B = 1,91(2) · 10−2
Сполука TiV0,3H1,7
Фактор недостовірності RB = 0,016
37ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
Результати рентгенівського дослідження кінетики взаємодії нітриду ванадію та ти-
тану марки ПТ-4 виявили, що фазовий склад зразків у процесі механохімічного обро-
блення у високоенергетичному планетарному млині практично не змінюється і відповідає
вихідній суміші (див. рис. 1), проте основні фазові складові зразків VN та TiH2 зазнають
певних структурних змін. Насамперед це стосується варіацій зі збільшенням тривалості
механохімічного оброблення параметрів кристалічних ґраток цих фаз (рис. 2).
Зазначені зміни параметрів кристалічних ґраток фаз VN та TiH2 безпосередньо
пов’язані з певними структурними перетвореннями. Так, у результаті розрахунків вста-
новлено, що під дією ударного навантаження в ході механохімічного оброблення шихти в
кристалічній структурі VN поступово змінюється ступінь q1 заповнення атомами металу
позиції 4a (повна кількість атомів на ґратку при цьому дорівнює 4q1), що, безперечно,
свідчить про утворення в структурі атомних вакансій, кількість яких становить 4(1 − q1)
на елементарну комірку. Характер зміни повної кількості атомних вакансій на ґратку VN
ілюструє рис. 2, а.
Складніших перетворень зазнає кристалічна структура TiH2. Так, якщо на початку ме-
ханохімічного синтезу ця фаза ще зберігає кубічну структуру типу CaF2, то вже після дво-
годинного оброблення структура TiH2 внутрішньо деформується і, згідно зі структурни-
ми розрахунками, описується вже в рамках ромбоедричної моделі (табл. 3). Проте зовніш-
ня деформація кристалічної ґратки при цьому практично відсутня (для всіх досліджених
зразків ac/aR = 2 , cc/cR = 3 ), завдяки чому параметри ґратки TiH2 можна розраховувати
також і в кубічній сингонії (див. рис. 2, б). Саме тому в подальшому параметри ґратки TiH2
наводитимуться як кубічні.
Згідно із запропонованою нами моделлю (табл. 3), яку на рис. 3 подано у вигляді вну-
трішньо деформованої кубічної структури, в процесі механохімічного оброблення поло-
вина недеформованих тетраедричних пор гідриду TiH2 поступово втрачає водень, а інша
половина тетраедричних пор, витісняючи водень, частково заповнюється атомами металу
(найімовірніше ванадію), завдяки чому ці пори дещо деформуються.
Раніше авторами роботи [13] під час першопринципних розрахунків пружних харак-
теристик гідридів МеH2 (Me = Sc, Y, Ti, Zr, Hf, лантаноїди) було виявлено, що за певних
П
ар
ам
ет
ри
ґр
ат
ки
V
N
, н
м
Ат
ом
ні
в
ак
ан
сі
ї в
V
N1,6
0,4130
0,4120
0,4110
0,4125
0,4115
0,4105
0,4420
0,4415
0,4410
0,4405
0,4400
Тривалість розмелювання, год
П
ар
ам
ет
ри
ґр
ат
ки
T
iH
2, н
м
До
да
тк
ов
і а
то
ми
в
T
iH
21,6
1,2
0,8
0,4
0
1,2
0,8
0,4
0
80 1 2 3 4 5 6 7 80 1 2 3 4
ба
1
1
2
2
5 6 7
Рис. 2. Залежності параметрів ґратки (1) VN (а) та TiH2 (б), а також кількості атомних вакансій у структурі
VN та додаткових атомів металу в структурі TiH2 (2) від тривалості механохімічного оброблення суміші
титану марки ПТ-4 з VN
38 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
умов як стиснення, так і розтяг кубічних структур TiH2 та ZrH2 вздовж осі (111) призво-
дять до спотворень, що знижують внутрішню енергію. Саме тому такі ромбоедрично спо-
творені структури стають стабільнішими, ніж кубічні гідриди та їх тетрагонально дефор-
мовані аналоги. Якщо в роботі [13] зовнішнім чинником ромбоедричного спотворення є
заміщення атомів водню більшими за розміром атомами гелію, то в нашому випадку на
дегідратовані вузли ґратки TiH2 у процесі ударного навантаження проникають іони вана-
дію, які залишили ґратку VN. Результати структурних розрахунків свідчать про те, що іони
ванадію розміщуються в деформованих тетраедрах VTi4, в яких три відстані V—Ti станов-
лять близько 0,180 нм, тоді як четверта відстань V—Ti досягає 0,250 нм. З огляду на те, що
розмір іона V2+ дорівнює 0,072 нм, а атома титану становить 0,147 нм, наявність зв’язку
V2+—Ti здається цілком імовірною. Водночас тетраедри, які частково зайняті лише атома-
ми водню, не деформуються.
Слід також зазначити, що ромбоедрична деформація в умовах високих тисків (понад
18 ГПа) притаманна також і TiC [14] (R-3m, a = 0,29442 нм, c = 0,73353 нм). Тобто механіч-
не навантаження, прикладене в умовах механохімічного синтезу або в умовах спікання за
високого тиску, може спричинювати ромбоедричне спотворення кубічних ґраток карбіду
та гідриду титану.
З урахуванням розподілу атомів, притаманного кубічній структурі VN (див. табл. 2) та
спотвореній структурі TiH2 (див. табл. 3), для цих фаз, які існують у кожній з відібраних
тестових проб, розраховано кількість атомних вакансій у ґратці VN, а також кількість до-
даткових атомів ванадію, занурених у тетраедричні пори ґратки TiH2, і вміст наявного в
ній водню H2 (рис. 2, 4).
Отримані результати свідчать про те, що характер зміни параметра ґратки VN добре
корелює з наявністю в ньому вакансій (див. рис. 2, а). Водночас характер зміни параметра
ґратки TiH2, на наш погляд, обумовлений двома факторами. Так, на першому етапі меха-
нохімічного обробленя (до 5 год) зменшення параметра ґратки TiH2 корелює з його дегі-
друванням, незважаючи на поступове збільшення кількості металевих атомів, занурених
у його структуру (див. рис. 4). Проте з досягненням стану певної стабілізації структури,
коли недеформовані тетраедричні пори стають порожніми (ступінь заповнення позиції
атомами H(2) дорівнює нулеві, див. табл. 3, рис. 3), а кількість додаткових атомів металу в
Рис. 3. Кристалічна структура внутрішньо деформованої фази
TiH2. Дещо деформовані поліедри VTi4 з атомом ванадію в цен-
трі (атоми титану — сині кульки, атоми ванадію — червоні
кульки) та недеформовані поліедри HTi4 з атомом водню в цен-
трі (атоми водню — малі чорні кульки)
39ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
структурі практично не змінюється (див. рис. 2, б), параметр ґратки TiH2 стрибкоподібно
збільшується (див. рис. 4).
Щодо природи атомів металу, які розміщуються в деформованих тетраедричних по-
рах TiH2, то можна стверджувати, що це саме атоми ванадію. Про це свідчать, по-перше,
результати EDS аналізу і, по-друге, те, що на першому етапі механохімічного обробленя
(до 5 год) простежується чітка кореляція між кількістю вакансій у структурі VN та додат-
ковими атомами в структурі TiH2 (рис. 5).
Проте на другому етапі після 5 год механохімічного обробленя суміші титану марки
ПТ-4 з VN домінує процес, під час якого кількість вакансій у структурі нітриду ванадію по-
ступово зменшується за стабільного вмісту додаткових атомів металу (ванадію) в структу-
рі TiH2. Пояснення цьому, на наш погляд, дають результати кількісного фазового аналізу.
Так, якщо у вихідному порошку титану марки ПТ-4 і в тестових пробах, відібраних до 5 год
механохімічного оброблення, співвідношення між TiH2 та α-Ti становило (мас. %) 60 : 40,
то в подальшому вміст α-Ti у пробах поступово зменшувався аж до співвідношення 66 : 34
у зразку, обробленому протягом 8 год. Тобто можна припустити, що α-Ti поступово руйну-
ється, а утворені при цьому кластери титану займають вакансії, наявні в нітриді ванадію,
що підтверджується даними EDS аналізу.
0,4416
0,4412
0,4404
0,4408
0,4400
П
ар
ам
ет
ри
гр
ат
ки
T
iH
2, н
м
Ат
ом
и
во
дн
ю
в
T
iH
2
0
2
4
6
8
80 1 2 3 4
Тривалість розмелювання, год
1
2
5 6 7
1,6
1,2
0,4
0,8
0
Ат
ом
ні
в
ак
ан
сі
ї в
V
N
До
да
тк
ов
і а
то
ми
в
T
iH
2
0
1,2
0,4
1,6
0,8
80 1 2 3 4
Тривалість розмелювання, год
1
2
5 6 7
Рис. 4. Залежність кількості атомів водню в
структурі TiH2 (1) і параметра ґратки TiH2 (2)
від тривалості механохімічного оброблення су-
міші титану марки ПТ-4 з VN
Рис. 5. Залежність вмісту додаткових атомів ме-
талу в TiH2 (1) і вмісту атомних вакансій у VN
(2) від тривалості механохімічного оброблення
суміші титану марки ПТ-4 з VN
40 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
Описані вище процеси супроводжуються накопиченням мікродеформацій у струк-
турах TiH2 та VN, про що опосередковано свідчить уширення дифракційних піків (див.
рис. 1). Розрахунки параметрів реальної структури цих фаз показують, що вже на першому
етапі механохімічного оброблення зерна TiH2 та VN диспергуються з ≈ 40 нм у шихті до
розмірів кристалітів близько 20 та 10 нм відповідно, а отримані дані щодо розрахованих
величин наявних мікродеформацій ґратки δd/d (%) наведено на рис. 6.
Очевидно, що накопичення вакансій у нітриді ванадію (до 5 год механохімічного об-
роблення) відбувається без деформації структури, тоді як занурення атомів металу в TiH2
спричиняє зазначені деформації. З іншого боку, після 5 год механохімічного оброблення
фаза TiH2 стає стабільною, а нітрид ванадію зазнає деформації внаслідок заповнення його
вакансій атомами титану.
Загалом отримані нами результати рентгенівського дослідження тестових проб, віді-
браних через кожну годину механохімічного оброблення еквімолярної суміші титану мар-
ки ПТ-4 з VN у високоенергетичному планетарному млині дають інформацію щодо кіне-
тики взаємодії наявних у шихті фаз. Ця взаємодія відбувається у два етапи, з перехідною
межею на п’ятій годині синтезу. При цьому:
1. Вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш порошків TiH2 (60 мас. %)
та α-Ti (40 мас. %). Вихідний порошок нітриду ванадію однофазний і містить нестехіоме-
тричну сполуку VN0,93.
2. На першому етапі механохімічного синтезу (до 5 год оброблення) у результаті при-
кладеного ударного навантаження частина атомів ванадію залишає кристалічну структуру
VN з формуванням у зоні реакції млина окремих кластерів ванадію. Більшість з утворених
кластерів ванадію (імовірно, у вигляді іонів) занурюються в тетраедричні пори структури
TiH2, яка при цьому зазнає внутрішньої деформації. Цей процес супроводжується накопи-
ченням вакансій у VN, а також збільшенням мікродеформацій у ґратці TiH2 та його дегі-
друванням (див. рис. 4—6). На цьому ж етапі, очевидно, починається процес руйнування
структури α-Ti з формуванням у зоні реакції кластерів титану.
3. Наприкінці першого етапу механохімічного оброблення описаний вище процес стає
більш-менш збалансованим (кількість занурених у структуру TiH2 атомів ванадію майже
не змінюється (див. рис. 5)), і тому на другому етапі після 5 год механохімічного оброблен-
М
ік
ро
де
ф
ор
ма
ці
я
ґр
ат
ки
, %
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 1 2 3 4
Тривалість розмелювання, год
5 6 7 8
TiH2
VN
Рис. 6. Залежності мікродеформації кристалічних
ґраток TiH2 та VN (δd/d) у процесі механохімічно-
го оброблення суміші титану марки ПТ-4 з VN
41ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
ня, на наш погляд, превалює процес занурення утворених кластерів титану до кристаліч-
ної ґратки VN, що зумовлює істотне зменшення частки вакансій і супроводжується мікро-
деформацією кристалічної ґратки VN (див. рис. 5, 6).
4. Слід відзначити, що за умов проведеного експерименту TiH2 не має жодних ознак
руйнування (за винятком певного дегідрування, див. рис. 4), а за його взаємодії з VN, згід-
но з результатами рентгенівського дослідження, утворюється сполука складу ~ TiV0,33H0,66
(або Ti3VH2). У свою чергу, VN накопичує певну частку титану з утворенням твердого роз-
чину ~ V0,7Ti0,3N0,93, що містить близько 15 ат. % Ti. Ці дані цілком відповідають, по-перше,
даним авторів роботи [15], які синтезували твердий розчин V0,75Ti0,25N0,87 механохімічним
методом у середовищі азоту з чистих металів (титану та ванадію) як вихідних компонен-
тів шихти, і, по-друге, результатам, отриманим нами [16] під час механохімічного синтезу
твердого розчину V0,75Ti0,25N1,6 з VN та TiN (але за умов цього синтезу твердий розчин був
істотно пересиченим азотом).
5. Утворення твердих розчинів на основі TiH2 та VN підтверджено результатами ви-
вчення фінального продукту механохімічного синтезу методом електронної мікроскопії
(рис. 7). Для аналізу елементного складу наявних у досліджуваному порошку зерен було
відібрано декілька контрольних ділянок, які на рис. 7 позначено білими квадратами.
Результати EDS аналізу свідчать про те, що наявні в зразку зерна з чіткими темними
гранями відповідають твердому розчину на основі VN, склад якого повністю збігається з
даними рентгенівського аналізу, а саме ~ V0,7Ti0,3N0,93 згідно зі структурними розрахунка-
ми і V0,68Ti0,32N за даними EDS. Співвідношення титану до ванадію в більш світлих зернах з
шорсткими гранями дещо варіює поблизу складу Ti0,75V0,25, що є близьким до визначеного
рентгенівським методом складу твердого розчину на основі гідриду титану — ~ TiV0,33H0,66
(безперечно, що визначити наявність у фазі водню методом EDS неможливо). Крім зазна-
чених зерен з чітко вираженими гранями, досліджуваний порошок містить окремі дрібно-
кристалічні ділянки, співвідношення металів у яких близьке до Ti0,5V0,5. Отже, результати
елементного аналізу підтверджують утворення твердих розчинів за механохімічного об-
роблення шихти титану марки ПТ-4 з VN.
Висновки. Показано, що вихідний матеріал титану марки ПТ-4 являє собою суміш по-
рошків α-Ti з його гідридом TiH2, вміст якого становить 60 мас. % (64 об. %).
Вивчено кінетику взаємодії компонентів вихідної суміші титану ПТ-4 з нітридом вана-
дію (фаз TiH2 та α-Ti з VN) у ході її механохімічного оброблення у високоенергетичному
Спектр 3Спектр 3 Спектр 2Спектр 2 Спектр 5Спектр 5
Спектр 4Спектр 4
Спектр 3 Спектр 2 Спектр 5
Спектр 4
Рис. 7. SEM-зображення (× 550) фінального продукту механо-
хімічного синтезу (8 год оброблення) шихти титану марки
ПТ-4 та VN
42 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
планетарному млині. Встановлено, що цей процес здійснюється у два етапи. На першому
етапі відбувається поступове вибивання атомів ванадію з VN з подальшим їх зануренням
у тетраедричні пори структури TiH2. Наприкінці першого етапу цей процес стабілізується,
а на другому етапі домінує процес заповнення створених на першому етапі вакансій струк-
тури VN атомами титану, що утворюються внаслідок часткового розпаду α-Ti. Дегідруван-
ня фази TiH2 в основному проходить на першому етапі синтезу.
Із застосуванням методів рентгенівської дифрактометрії та елементного аналізу ви-
явлено, що внаслідок взаємодії компонентів шихти за умов її механохімічного оброблен-
ня синтезуються багатокомпонентні сполуки TiV0,33H0,66 та V0,7Ti0,3N0,93 на основі TiH2
та VN відповідно.
Отриманий нанокристалічний (розмір кристалітів до 20 нм) фінальний продукт ме-
ханохімічного синтезу титану марки ПТ-4 з VN буде піддано спіканню для з’ясування
стабільності твердого розчину V0,7Ti0,3N0,93 і сполуки TiV0,33H0,66, а також для вивчення
властивостей виготовленого компакта та подальших перспектив його використання для
виготовлення медичного інструменту.
Роботу виконано за фінансової підтримки Міністерства освіти і науки України (тема
№ 24БФ051-01 “Синтез біосумісних металокерамічних композитів для підвищення зносо-
стійкості медичних інструментів та імплантів на основі титану”, грант Міністерства
освіти і науки України для перспективного розвитку наукового напряму “Математичні нау-
ки та природничі науки” в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка).
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Long M., Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement — a materials science perspective. Biomaterials.
1998. 19, № 18. P. 1621—1639. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(97)00146-4
2. Gonçalves V.R.M., Corrêa D.R.N., de Sousa T.S.P., Pintão C.A.F., Grandini C.R., Afonso C.R.M., Lisboa-Filho P.N.
Promising composites for wear resistant load-bearing implant applications: Low elastic moduli of β Ti–Nb alloy
reinforced with TiC particles and/or TiB whiskers. J. Mater. Res. Technol. 2024. 30. P. 879—889. https://doi.
org/10.1016/j.jmrt.2024.03.135
3. Wang S., Yu X., Zhang J., Wang L., Leinenweber K., He D., Zhao Y. Synthesis, hardness, and electronic properties of
stoichiometric VN and CrN. Cryst. Growth Des. 2016. 16, № 1. P. 351—358. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.5b01312
4. Yang C., Yu H., Gao Y., Guo W., Li Z., Chen Y., Pan Q., Ren M., Han X., Guo C. Surface-engineered vanadium
nitride nanosheets for an imaging-guided photothermal/photodynamic platform of cancer treatment. Nanoscale.
2019. 11, № 4. P. 1968—1977. https://doi.org/10.1039/C8NR08269C
5. Bautista-Ruiz J., Elhadad A., Aperador W. Fabrication of silver-doped titanium vanadium nitride (TiVN)
coatings for biomedical applications. Mater. Chem. Phys. 2024. 326. 129856. https://doi.org/10.1016/j.
matchemphys.2024.129856
6. Bilyavina N.M., Kuryliuk V.V., Dibrov V.V., Kuryliuk A.M. Mechanical alloying of equimolar TiC—VN and
TiN—VN blends. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2025. 47, № 1. P. 25—38. https://doi.org/10.15407/
mfint.47.01.0025
7. Білявина Н.М., Туркевич В.З., Курилюк А.М., Стратійчук Д.А., Наконечна О.І. Формування багатоком-
понентних твердих розчинів у системі cBN—TiC—VN—Al за умов спікання композитів під високим
тиском. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2024. № 4. С. 33—47. https://doi.org/10.15407/dopovidi2024.04.033
8. Avramenko T.G., Kuryliuk A.M., Nakonechna O.I., Belyavina N.N. Effect of TEG on oxidation of TiC—ZrC
equimolar blend at mechanical alloying. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2022. 44, № 6. P. 713—724. https://doi.
org/10.15407/mfint.44.06.0713
9. Dashevskyi M., Boshko О., Nakonechna O., Belyavina N. Phase transformations in equiatomic Y–Cu powder
mixture at mechanical milling. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2017. 39, № 4. P. 541—552. https://doi.org/10.15407/
mfint.39.04.0541
43ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 4
Кінетика взаємодії титану марки ПТ-4 з нітридом ванадію за умов механохімічного синтезу
10. Wang H.T., Lefler M., Fang Z.Z., Lei T., Fang S.M., Zhang J.M., Zhao Q. Titanium and titanium alloy via
sintering of TiH2. Key Eng. Mater. 2010. 436. P. 157—163. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/
kem.436.157
11. Kuang F., Pan Y., Sun J., Liu Y., Lei C., Lu X. Investigating phase transformation, densification and diffusion
mechanism of TiH2 powder to achieve a high ductile Ti6Al4V alloy. J. Mater. Process. Technol. 2024. 329. 118459.
https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118459
12. Gu Y.W., Yong M.S., Tay B.Y., Lim C.S. Synthesis and bioactivity of porous Ti alloy prepared by foaming with
TiH2. Mater. Sci. Eng. C. 2009. 29, № 5. P. 1515—1520. https://doi.org/10.1016/j.msec.2008.11.003
13. Schultz P.A., Snow C.S. Mechanical properties of metal dihydrides. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2016. 24,
№ 3. 035005. https://doi.org/10.1088/0965-0393/24/3/035005
14. Dubrovinskaia N.A., Dubrovinsky L.S., Saxena S.K., Ahuja R., Johansson B. High-pressure study of titanium
carbide. J. Alloys Compd. 1999. 289, № 1—2. P. 24—27. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00159-0
15. Roldán M.A., Alcalá M.D., Real C. Characterisation of ternary TixV1−xNy nitride prepared by mechanosynthesis.
Ceram. Int. 2012. 38, № 1. P. 687—693. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.07.057
16. Belyavina N., Nakonechna O., Kuryliuk A., Kogutyuk P., Stratiichuk D., Turkevich V. Formation of nanoscale
(Ti,V)N solid solutions form equimolar TiN/VN blend at mechanical alloying or HPHT sintering. Mater. Proc.
2023. 14, № 1. 16. https://doi.org/10.3390/IOCN2023-14518
Надійшла до редакції 13.06.2025
REFERENCES
1. Long, M. & Rack, H. J. (1998). Titanium alloys in total joint replacement — a materials science perspective.
Biomaterials, 19, No. 18, pp. 1621-1639. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(97)00146-4
2. Gonçalves, V. R. M., Corrêa, D. R. N., de Sousa, T. S. P., Pintão, C. A. F., Grandini, C. R., Afonso, C. R. M. &
Lisboa-Filho, P. N. (2024). Promising composites for wear resistant load-bearing implant applications: Low
elastic moduli of β Ti—Nb alloy reinforced with TiC particles and/or TiB whiskers. J. Mater. Res. Technol., 30,
pp. 879-889. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.03.135
3. Wang, S., Yu, X., Zhang, J., Wang, L., Leinenweber, K., He, D. & Zhao, Y. (2016). Synthesis, hardness, and elec-
tronic properties of stoichiometric VN and CrN. Cryst. Growth Des., 16, No. 1, pp. 351-358. https://doi.
org/10.1021/acs.cgd.5b01312
4. Yang, C., Yu, H., Gao, Y., Guo, W., Li, Z., Chen, Y., Pan, Q., Ren, M., Han, X. & Guo, C. (2019). Surface-engi-
neered vanadium nitride nanosheets for an imaging-guided photothermal/photodynamic platform of cancer
treatment. Nanoscale, 11, No. 4, pp. 1968-1977. http://dx.doi.org/10.1039/C8NR08269C
5. Bautista-Ruiz, J., Elhadad, A. & Aperador, W. (2024). Fabrication of silver-doped titanium vanadium nitride
(TiVN) coatings for biomedical applications. Mater. Chem. Phys., 326, 129856. https://doi.org/10.1016/j.
matchemphys.2024.129856
6. Bilyavina, N. M., Kuryliuk, V. V., Dibrov, V. V. & Kuryliuk, A. M. (2025). Mechanical alloying of equimolar
TiC–VN and TiN–VN blends. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 47, No. 1, pp. 25-38. https://doi.org/10.15407/
mfint.47.01.0025
7. Belyavina, N. M., Turkevich, V. Z., Kuryliuk, A. M., Stratiichuk, D. A. & Nakonechna, O. I. (2024). Formation
of multicomponent solid solutions in cBN—TiC—VN—Al system at high pressure composite sintering. Do-
pov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 4, pp. 33-47 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2024.04.033
8. Avramenko, T. G., Kuryliuk, A. M., Nakonechna, O. I. & Belyavina, N. N. (2022). Effect of TEG on oxidation of
TiC–ZrC equimolar blend at mechanical alloying. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 6, pp. 713-https://
doi.org/10.15407/mfint.44.06.0713
9. Dashevskyi, M., Boshko, О., Nakonechna, O. & Belyavina, N. (2017). Phase transformations in equiatomic
Y—Cu powder mixture at mechanical milling. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4, pp. 541-552. https://
doi.org/10.15407/mfint.39.04.0541
10. Wang, H. T., Lefler, M., Fang, Z. Z., Lei, T., Fang, S. M., Zhang, J. M. & Zhao, Q. (2010). Titanium and titanium alloy
via sintering of TiH2. Key Eng. Mater., 436, pp. 157-163. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.436.157
11. Kuang, F., Pan, Y., Sun, J., Liu, Y., Lei, C. & Lu, X. (2024). Investigating phase transformation, densification and
diffusion mechanism of TiH2 powder to achieve a high ductile Ti6Al4V alloy. J. Mater. Process. Technol., 329,
118459. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118459
44 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No. 4
Н.М. Білявина, А.М. Курилюк, П.П. Когутюк, С.П. Старик
12. Gu, Y. W., Yong, M. S., Tay, B. Y. & Lim, C. S. (2009). Synthesis and bioactivity of porous Ti alloy prepared by
foaming with TiH2. Mater. Sci. Eng. C., 29, No. 5, pp. 1515-1520. https://doi.org/10.1016/j.msec.2008.11.003
13. Schultz, P. A. & Snow, C. S. (2016). Mechanical properties of metal dihydrides. Modelling Simul. Mater. Sci.
Eng., 24, No. 3, 035005. https://doi.org/10.1088/0965-0393/24/3/035005
14. Dubrovinskaia, N. A., Dubrovinsky, L. S., Saxena, S. K., Ahuja, R. & Johansson, B. (1999). High-pressure study
of titanium carbide. J. Alloys Compd., 289, No. 1-2, pp. 24-27. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00159-0
15. Roldán, M. A., Alcalá, M. D. & Real, C. (2012). Characterisation of ternary TixV1−xNy nitride prepared by
mechanosynthesis. Ceram. Int., 38, No. 1, pp. 687-693. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.07.057
16. Nakonechna, O., Belyavina, N., Kuryliuk, A., Kogutyuk, P., Stratiichuk, D. & Turkevich, V. (2023). Formation of
nanoscale (Ti,V)N solid solutions form equimolar TiN/VN blend at mechanical alloying or HPHT sintering.
Mater. Proc., 14, No. 1, 16. https://doi.org/10.3390/IOCN2023-14518
Received 13.06.2025
N.M. Belyavina1, https://orcid.org/0000-0001-7371-3608
A.M. Kuryliuk1, https://orcid.org/0000-0003-3886-8174
P.P. Kogutyuk1, https://orcid.org/0000-0002-5405-0586
S.P. Starik2, https://orcid.org/0000-0003-1991-3275
1 Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, Ukraine
2 V. Bakul Institute for Superhard Materials of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
E-mail: alla.kuryliuk@knu.ua
KINETICS OF INTERACTION BETWEEN TITANIUM PT-4
AND VANADIUM NITRIDE UNDER MECHANOCHEMICAL ALLOYING CONDITIONS
X-ray analysis of samples taken one hour after mechanochemical processing in a high-energy planetary mill of an
equimolar mixture of PT-4 titanium powder and vanadium nitride (VN) powder was carried out. It was found
that the starting material of PT-4 titanium is a mixture of titanium hydride (TiH2) powders (60 wt. %) and α-Ti
(40 wt. %), and the starting vanadium nitride powder is single-phase and contains nitride of composition VN0.93.
As a result of refining the crystal structures of the phases, it was shown that during the experiment (8 hours of
mechanochemical treatment), the interaction between the charge components occurs in two stages. Namely, in
the first stage of doping, some of the vanadium atoms leave the crystal structure of VN, which subsequently im-
merse into the tetrahedral pores of the rhombohedral deformed structure of TiH2. At the same stage, the process
of destruction of the α-Ti structure apparently begins with the formation of titanium clusters in the reaction zone
of the mill, which at the second stage of alloying occupy the formed vacancies of the VN structure. At the end of
the experiment, the final product of mechanochemical alloying, in addition to α-Ti, contains the compound
~ TiV0.33H0.66 based on the TiH2 and a solid solution of the composition ~ V0.7Ti0.3N0.93 based on the VN. The
material obtained will be compacted to study its properties and determine further prospects for its use in the
manufacture of medical instruments.
Keywords: mechanical alloying, hydride, nitride, crystal structure, X-ray diffraction.
|