Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn

З використанням методу оберненого Монте-Карло і експериментальних кривих структурного фактора отримано структурні моделі бінарних розплавів Ni—Mn. Аналіз локальної атомної структури проведено за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Встановлено, що за виключенням математичного...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Сверхтвердые материалы
Дата:	2009
Автори:	Роїк, О.С., Лисовенко, С.О., Перевертайло, В.М., Казіміров, В.П., Логінова, О.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2009
Теми:	Получение, структура, свойства
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63386
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:	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 2. — С. 44-53. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860117012941897728
author	Роїк, О.С. Лисовенко, С.О. Перевертайло, В.М. Казіміров, В.П. Логінова, О.Б.
author_facet	Роїк, О.С. Лисовенко, С.О. Перевертайло, В.М. Казіміров, В.П. Логінова, О.Б.
citation_txt	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 2. — С. 44-53. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Сверхтвердые материалы
description	З використанням методу оберненого Монте-Карло і експериментальних кривих структурного фактора отримано структурні моделі бінарних розплавів Ni—Mn. Аналіз локальної атомної структури проведено за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Встановлено, що за виключенням математичного сподівання та дисперсії розподілу коефіцієнта сферичності поліедрів Вороного, концентраційні залежності структурних параметрів розплавів Ni—Mn мають адитивний характер. Аналіз метричних характеристик поліедрів свідчить про реалізацію щільного некристалічного пакування атомів у досліджених розплавах, частка якого зростає зі вмістом мангану, досягаючи максимального значення в околі розплаву Ni₆₆,₇Mn₃₃,₃. Однак для розплаву, який відповідає азеотропній точці на діаграмі стану Ni—Mn, характерне підсилення взаємодії між атомами Ni—Mn та Mn— Mn. Це перешкоджає утворенню некристалічного щільного пакування та підсилює різноманітність в локальному оточенні атомів для розплаву в цій точці.
first_indexed	2025-12-07T17:36:43Z
format	Article
fulltext	www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 44 УДК 539.266 О. С. Роїк, С. О. Лисовенко, В. М. Перевертайло, В. П. Казіміров, О. Б. Логінова (м. Київ) Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn З використанням методу оберненого Монте-Карло і експери- ментальних кривих структурного фактора отримано структурні моделі бінарних розплавів Ni—Mn. Аналіз локальної атомної структури проведено за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Встановле- но, що за виключенням математичного сподівання та дисперсії розподілу коефіцієнта сферичності поліедрів Вороного, концентраційні залежності структурних параметрів розплавів Ni—Mn мають адитивний характер. Аналіз метричних характеристик поліедрів свідчить про реалізацію щільного некристалічного пакування атомів у досліджених розплавах, частка якого зростає зі вмістом мангану, досягаючи максимального значення в околі розплаву Ni66,7Mn33,3. Однак для розплаву, який відповідає азеотропній точці на діаграмі стану Ni—Mn, характерне підсилення взаємодії між атомами Ni—Mn та Mn— Mn. Це перешкоджає утворенню некристалічного щільного пакування та підсилює різноманітність в локальному оточенні атомів для розплаву в цій точці. Ключові слова: метод RMC, просторовий кут, метод Вороного- Делоне, поверхневий натяг, міжатомна взаємодія, структурний фактор Вступ. Отримання синтетичних кристалів алмазу з метал- вуглецевих розплавів в умовах високого тиску та температури [1] є добре апробованим та технологічно розробленим методом. При цьому ефективними ростовими середовищами є бінарні розплави Ni—Mn та Fe—Mn, які не тільки добре змочують і розчиняють вуглець, але й мають оптимальні р, Т-умови утворення кристалів. Переважна кількість публікацій на теренах СНД по вирощуванню синтетичних алмазів припадає на систему Ni—Mn—C, де оптимальні р, Т-умови відповідають сплаву складу 60 % (ат.) Ni і 40 % (ат.) Mn. Вибір співвідношення між нікелем та манганом обумовлений також най- нижчою температурою плавлення в системі, що має суттєві переваги для проведення процесу кристалізації алмазу. Одним із найменш висвітлених є питання впливу структури металічного розплаву на процес кристалізації алмазів, а також концентраційна залежність локальної структури атомів і її взаємозв’язок із фізико-хімічними властивостями. Надійним методом прямого експериментального дослідження структури розплавів є дифракційний, який дає можливість отримати криву інтенсивності променів, розсіяних досліджуваним об’єктом в певному куто- вому інтервалі. Традиційна методика обробки отриманих дифракційних да- них передбачає розрахунок усереднених значень структурних параметрів, наприклад, найбільш ймовірну відстань між атомами з найближчого оточен- ня, площу першого максимуму кривої розподілу атомів, положення та висоту першого максимуму кривої структурного фактора, які є недостатніми для © О. С. РОЇК, С. О. ЛИСОВЕНКО, В. М. ПЕРЕВЕРТАЙЛО, В. П. КАЗІМІРОВ, О. Б. ЛОГІНОВА, 2009 ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 2 45 детального кількісного аналізу локальної структури та характеру пакування атомів в розплаві. Сучасна методика дослідження атомної структури невпо- рядкованих систем передбачає проведення дифракційного експерименту, реконструкцію тривимірних моделей з експериментальних кривих структур- ного фактора (СФ) та їх комплексне дослідження за допомогою статистично- геометричного методу Вороного-Делоне [2]. Такий підхід дозволяє суттєво підвищити інформативність дифракційних досліджень та візуалізувати за допомогою комп’ютерної техніки характер та закономірності пакування атомів. Поверхневі властивості розплавів значною мірою обумовлені структурою ближнього порядку, що дозволяє віднести їх до категорії структурно- чутливих, тому сумісний розгляд результатів дифракційного експерименту та поверхневих властивостей розплавів дозволяє робити більш обґрунтовані висновки про характер розташування атомів в рідкому стані. Метою даної роботи було рентгенодифракційне дослідження, моделюван- ня та детальний аналіз отриманих структурних моделей розплавів системи Ni—Mn в широкому концентраційному інтервалі з врахуванням даних про густину та поверхневий натяг. Матеріали та методика експерименту. Зразки сплавів готували з електролітичних Ni (99,95 %) та Mn (99,7 %) сплавленням компонентів в електродуговій печі КПТМ-2 з невитратним вольфрамовим електродом в мідному водоохолоджуваному тиглі в середовищі аргону. Зміна маси зразків в процесі виплавки не перевищувала 0,35 %. Густину ρ та поверхневий натяг σрг розплавів системи Ni—Mn при темпе- ратурі 1250 °С вимірювали методом великої краплі в чашках із Al2O3 в вакуу- мі 3⋅10–3 Па. Рентгенодифракційне дослідження розплавів системи Ni—Mn проводили на автоматичному θ—θ дифрактометрі в середовищі гелію високої чистоти з використанням MoKα-випромінювання, монохроматизованого парою дифе- ренціальних збалансованих фільтрів, виготовлених з ZrO2 та Y2O3, розташо- ваних в дифрагованому пучку. Криві інтенсивності розсіяних променів було отримано в інтервалі значень кутів розсіювання 6—90°: з кроком 0,25 град в інтервалі 6—50° та 0,5 град в інтервалі 50—90° (з реєстрацією сцинтиляцій- ним лічильником). Оскільки метою дослідження було встановлення концент- раційної залежності параметрів локальної структури при однаковому ступені перегріву поблизу лінії ліквідус, то всі розплави Ni—Mn досліджували при температурах на ~ 50 град вище температури плавлення. При обробці експериментальних кривих враховували поправки на поляризацію рентгенівських променів і кутову залежність некогерентного розсіювання. Нормування до електронних одиниць здійснювали за рівнянням Вайнштейна з використанням атомних факторів та поправок на аномальну дисперсію [3] з подальшим розрахунком кривих структурного фактора a(S) (S = 4πsin θ/λ — вектор дифракції, θ — половина кута розсіювання, λ — дов- жина хвилі рентгенівського випромінювання). Методика розрахунку кривих СФ та функцій парного розподілу атомів детально описана в [4]. Структурні моделі розплавів були реконструйовані з експериментальних кривих СФ за допомогою методу оберненого Монте-Карло, який відомий у літературі як Reverse Monte Carlo (RMC) [5]. Вихідна конфігурація містила 5000 атомів в основній комірці в стехіометричному співвідношенні, що відповідає складу розплаву. Координати атомів у вихідній атомній конфі- гурації задавали випадковим чином. При цьому розміри модельного куба www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 46 узгоджувались з густиною розплаву при температурі дослідження. Оптимі- зацію моделі здійснювали шляхом мінімізації виразу ∑ = −= N i ii E i M SSaSa 1 222 )(σ/))()((χ , (1) де aM(S) та aЕ(S) — модельний та експериментальний структурні фактори відповідно, а σ(S) — експериментальна похибка. Оскільки розподіл система- тичних похибок для дифракційного експерименту невідомий, то була вико- ристана стандартна величина σ(S), яка складала 1 %. Отримані структурні моделі розплавів аналізували в рамках формалізму статистично-геометричного методу Вороного-Делоне [6]. Суть методу полягає в тому, що для кожного атома системи будують поліедр Вороного (ПВ). Всі ці багатогранники випуклі і однозначно заповнюють простір моделі. ПВ визначає геометричне місце точок, відстань від яких до централь- ного атома менша або дорівнює відстані до будь-якого іншого атома системи. Тобто, ПВ характеризує ближнє оточення атома, іншими словами — є гео- метричною репрезентацією локального порядку в моделі. Топологічні і метричні характеристики ПВ дозволяють кількісно сформулювати статис- тичні закономірності локального оточення атомів. Основними метричними характеристиками ПВ є його об’єм та площа поверхні. Для кількісної міри ПВ використовують безрозмірну величину: Ксф — коефіцієнт сферичності (Ксф = 36πV 2/A3, де A — площа багатогранника), який дорівнює одиниці для сфери. По мірі наближенням форми поліедра до сфери Ксф → 1. Тобто, зі збільшенням щільності пакування зростає значення коефіцієнта сферичності для ПВ атомної системи. Для прикладу, на рис. 1 наведено ПВ для різних типів пакувань: найбільш близька до сферичної фор- ма поліедра для ГЦК ґратки і найменш — для ґратки алмазу, де присутня направлена ковалентна взаємодія між атомами. Для прикладу, коефіцієнт сферичності куба (кубічна ґратка) становить 0,5236, а Ксф ромбододекаедра, який відповідає більш щільному пакуванню атомів (ГЦК ґратка), дорівнює 0,7405. В некристалічних системах, де існує велика кількість різних за фор- мою ПВ, для аналізу пакування атомів, як правило, використовують матема- тичне сподівання кривої розподілу коефіцієнта сферичності ПВ. Так, для аморфної фази математичне сподівання Ксф становить ~ 0,72, для рідкої фази — біля 0,70, а для менш щільної невпорядкованої тетраедричної сітки — приблизно 0,475 [6]. а б в г Рис. 1. Поліедри Вороного, побудовані навколо атомів для простої кубічної ґратки (а), ГЦК ґратки (б), ґратки алмазу (в) та щільного некристалічного пакування (г) [6]. Іншим способом аналізу структурної моделі є розбиття її на симплекси Делоне (СД) та детальний аналіз їх взаємного розміщення. Симплекси Дело- не задають четвіркою атомів, причому в сферу, описану навколо цих атомів, ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 2 47 не може потрапити жоден інший атом. Фактично окремий СД визначає еле- ментарну порожнину системи. Більш великі атомні порожнини атомної сис- теми являються об’єднанням декількох СД. Результати та їх обговорення. На рис. 2 наведено експериментальні та модельні структурні фактори для розплавів Ni—Mn при температурах на ~ 50 град вище температури плавлення. Відповідність розрахованих з RMC моделей та експериментальних СФ вказує на адекватність реконструйованих моделей реальній структурі досліджуваних розплавів. Як видно, при збільшенні вмісту Ni в досліджуваних розплавах відбувається поступова зміна форми кривих СФ. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Ni, % (ат.) 66,7 50 38 33,3 25 Mn S, A –1 a(S) Рис. 2. Експериментальні (точки) і модельні (лінії) криві структурного фактора розплавів Ni—Mn. З кривих СФ було розраховано функції парного розподілу атомів g(R) та структурні параметри локального впорядкування атомів у розплавах, які на- ведено в таблиці. Концентраційна залежність R1 — найбільш імовірної міжатомної відстані в розплавах (рис. 3) — має, в основному, адитивний ха- рактер з невеликими додатними відхиленнями. Однак слід зазначити, що для розплаву Ni38Mn62 спостерігається деяке скорочення міжатомної відстані. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 2,46 2,48 2,50 2,52 2,54 2,56 2,58 2,60 2,62 2,64 2,66 R 1 χ Ni 1 2 3 4 Рис. 3. Залежність положення першого максимуму на кривій g(R) від атомної частки нікелю в розплаві Ni—Mn: 1 — Mn—Mn; 2 — Ni—Mn; 3 — Ni—Ni; 4 — загальне. www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 48 На думку авторів, це пов’язано з деяким підсиленням міжатомної взаємодії у рідкому стані, оскільки вказаний склад відповідає азеотропній точці на діаграмі стану Ni—Mn [7]. Структурні параметри розплавів Ni—Mn R1, Å (парціальна ) Mn, % (ат.) t, °C s1, Å–1 R1, Å (загальна) Mn—Mn Mn—Ni Ni—Ni 0 1550 3,04 2,48 2,48 33 1233 2,96 2,56 2,53 2,54 2,57 50 1106 2,93 2,58 2,55 2,57 2,6 62 1068 2,93 2,59 2,56 2,58 2,61 66 1082 2,92 2,61 2,59 2,61 2,63 75 1124 2,9 2,63 2,62 2,64 2,65 100 1260 2,83 2,65 2,65 Парціальні криві функції парного розподілу атомів були отримані зі структурних моделей розплавів, що дало можливість розрахувати парціальні міжатомні відстані R1(i—j) для локального оточення атомів. З наведеної концентраційної залежності (див. рис. 3) видно, що найбільш короткі відстані реалізуються між атомами маргану, а найбільші — між атомами нікелю. Зменшення загальної відстані R1 для розплаву Ni38Mn62 в першу чергу обу- мовлено скороченням відстаней Ni—Mn та Mn—Mn. З рис. 4 видно, що концентраційна залежність математичного сподівання розподілу коефіцієнта сферичності ПВ характеризується, в основному, до- датними відхиленнями від адитивності, що свідчить про досить щільне паку- вання атомів у розплавах. Разом з тим, значення коефіцієнтів сферичності Кcф помітно зменшується для розплаву Ni38Mn62, що свідчить про зменшення щільності пакування атомів. Це характерно як для поліедрів, побудованих навколо атомів Ni, так і для поліедрів, побудованих навколо атомів Mn. Зменшення щільності пакування атомів для структурної моделі розплаву Ni38Mn62 є проявом існування більш коротких зв’язків Mn—Mn та Ni—Mn порівняно зі зв’язками Ni—Ni, що, в свою чергу, свідчить про наявність ковалентної складової у хімічному зв‘язку між атомами Mn—Mn та Ni—Mn. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,690 0,695 0,700 0,705 Ni Mn K сф χ Ni Рис. 4. Залежність математичного сподівання коефіцієнта сферичності від мольної частки Ni в розплаві Ni—Mn. ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 2 49 Дисперсія коефіцієнта сферичності σ (рис. 5), яка характеризує ступінь однорідності пакування атомів, відхиляється від адитивної залежності в бік менших значень для Mn і для Ni (особливо у випадку розплаву Ni66,7Mn33,3), що свідчить про утворення щільного некристалічного пакування атомів в розплавах Ni—Mn. Отримані дані корелюють із концентраційною залежністю надлишкової ентропії сплавоутворення [7] (рис. 6), яка має мінімальне від’ємне значення для розплаву зі вмістом 30 % (ат.) Ni. На кривій концентраційної залежності σ в точці, яка відповідає 38 % (ат.) Ni, спостерігається максимальне значення цієї величини, що особливо характер- но для поліедрів, побудованих навколо атомів Ni. Це також підтверджує вис- новок про наявність деякої направленості зв’язків в розплаві при вмісті ~ 38 % (ат.) Ni. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 3,0 3,5 NiMn χ Ni σ, % Рис. 5. Залежність дисперсії коефіцієнта сферичності від мольної частки Ni в розплаві Ni—Mn. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 –1,8 –1,6 –1,4 –1,2 –1,0 –0,8 –0,6 –0,4 –0,2 0,0 0,2 –Δ S н ад л , Д ж /м ол ь χ Mn Рис. 6. Надлишкова ентропія змішування для розплаву Ni—Mn [7]. Найбільш щільне пакування має четвірка атомів, що утворює правильний тетраедр. Однак правильними тетраедрами неможливо повністю (без розривів) заповнити тривимірний простір, тому кристалічне щільне пакуван- www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 50 ня являє собою набір тетраедричних та октаедричних пустот, які певним чи- ном впорядковані одні відносно одних. У некристалічних системах тетраедри замикаються в п’ятичленні кільця, утворюючи семиатомну фігуру — декаедр [2, 6]. Дана фігура містить сім атомів у вершинах. П’ять атомів лежать прак- тично в одній площині, утворюючи п’ятикутник (екваторіальне кільце), ступінь правильності якого залежить від деформації тетраедрів. Два інших атоми розташовуються зверху і знизу. Слід зазначити, що тетраедри, які утворюють декаедр, не можуть бути правильними: загальне ребро, яке сполучає полюси декаедра, відрізняється від ребер в екваторіальному кільці приблизно на 5 %. Дане пакування тетраедрів неможливе в кристалічних тілах, воно є властивістю виключно некристалічних систем. Декаедри, об’єднуючись та входячи одні в одних, утворюють кластери, які мають нанометрові розміри, причому деформація тетраедрів зростає від центра кла- стера в напрямку його границь, поступово утворюючи відмінний від вище вказаного (менш щільний) тип пакування атомів. Для оцінки величини відносної інтенсивності міжатомної взаємодії в роз- плавах зручно використовувати таку характеристику як просторовий кут грані поліедра. Ця величина визначається площею проекції грані на одиничну сферу з центром на атомі, навколо якого побудований поліедр. Просторовий кут грані можна інтерпретувати як частку електронів атома, розділених з сусідом, з яким утворена дана грань. Виходячи з цього, в [8] була введена величина валентного зусилля s, яке визначається з рівняння 4π ζΩ=s , (2) де ζ — ступінь окиснення центрального атома; Ω — просторовий кут в стерадіанах. У випадку металічного розплаву, якщо виходити з припущення, що міжатомний простір рівномірно заповнює електронний газ, доцільно розгля- дати лише просторовий кут безвідносно до ступеня окиснення центрального атома. Приклад розподілу просторових кутів для розплаву, який відповідає скла- ду 38 % (ат.) Ni, показано на рис. 7. Видно, що криві розподілу для зв’язків Ni—Mn, Mn—Mn лежать досить близько одна до однієї, вказуючи на незнач- 0 1 2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Ч ас тк а зв 'я зк ів Ω, стерадіан Рис. 7. Розподіл просторових кутів для розплаву Ni—Mn зі вмістом 38 % (ат.) Ni: Ni—Ni (—), Ni—Mn (- - -), Mn—Mn (⋅ ⋅ ⋅). ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 2 51 ну різницю у величині міжатомної взаємодії. Зсув піка для зв’язків Ni—Ni в бік менших значень вказує на те, що в розплаві інтенсивність взаємодії в па- рах Ni—Mn та Mn—Mn більша, ніж в парах Ni—Ni. Значні коливання дисперсії розподілу просторових кутів (рис. 8) свідчать про її зростання в околі азеотропної точки зі вмістом 38 % (ат.) Ni. Це, на думку авторів, обу- мовлено відносно більшою різноманітністю локального оточення атомів. Тобто, в розплавах Ni—Mn атоми намагаються реалізувати щільне некристалічне пакування, частка якого зростає зі збільшенням вмісту нікелю. Однак в околі розплаву Ni38Mn62 посилюється взаємодія між атомами Ni—Mn та Mn—Mn, що перешкоджає реалізації щільного некристалічного пакування. Як наслідок, локальне оточення атомів формується двома конкуруючими факторами: некристалічним щільним пакуванням атомів в металічних розп- лавах та елементами ковалентності у взаємодії між атомами нікелю та манга- ну, що і спричиняє відносно більше значення дисперсії розподілу просторо- вих кутів. 20 30 40 50 60 70 80 90 0,26 0,28 0,30 0,32 Д и сп ер сі я п ро ст ор ов ог о к ут а Ni, % (ат.) Рис. 8. Залежність дисперсії просторового кута від складу розплаву Ni—Mn: Ni—Ni (■), Ni—Mn (●), Mn—Mn (▲). Слід додати, що отримані результати підтверджуються даними експери- ментальної кривої молярних об’ємів та поверхневого натягу розплавів систе- ми Ni—Mn. Ізотерма молярних об’ємів Ni—Mn розплавів незначно відрізняється від адитивної прямої, що свідчить про незначну декомпресію в розплаві (рис. 9). Експериментальні ізотерми поверхневого натягу системи Ni—Mn проходять нижче ідеальних ізотерм, розрахованих згідно рівнянням Жуховицького та Павлова-Попеля [9, 10], хід яких показано на рис. 10 штри- ховими лініями. В той же час, у відповідності до класифікації ізотерм по- верхневого натягу за Єременком [11], значні від’ємні відхилення від закону Рауля та надлишкова ентропія сплавоутворення в системі Ni—Mn повинні були б привести до появи додатних відхилень експериментальної ізотерми поверхневого натягу. Хід експериментальної ізотерми поверхневого натягу розплавів системи Ni—Mn може бути пояснено саме більшою інтенсивністю взаємодії в парах атомів Ni—Mn та Mn—Mn, ніж між атомами Ni—Ni. Імовірно, що системі Ni—Mn поверхнево-активними можуть бути не тільки окремі атоми хімічного елементу (мангану), що утворюють більш слабкі зв’язки з металом-розчинником (нікелем), але й структурні елементи рідини, www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 52 створені між парами атомів Ni—Mn або Mn—Mn, якщо енергія зв’язку між атомами, що утворюють даний структурний елемент, вища, ніж енергія зв’язку їх з основним металом-розчинником. Раніше ми спостерігали таке явище в системах з простими евтектиками [12]. 0 20 40 60 80 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 V × 1 06 , м 3 /м ол ь Mn, % (ат.) Рис. 9. Молярні об’єми розплавів системи Ni—Mn при 1250 °С. 0 20 40 60 80 1000 1200 1400 1600 1800 3 2 1 σ, м Д ж /м 2 Mn, % (ат.) Рис. 10. Поверхневий натяг розплавів системи Ni—Mn: 1 — експеримент, 1250 °С, 2 — розрахунок за рівнянням Жуховицького, 1350 °С, 3 — розрахунок за рівнянням Павлова- Попеля, 1350 °С. Висновки Отримано та детально проаналізовано структурні моделі розплавів Ni— Mn у всьому концентраційному інтервалі, що дозволило зробити ряд висновків. В цілому концентраційні залежності структурних параметрів розплавів Ni—Mn мають адитивний характер, за виключенням коефіцієнта сферичності та дисперсії коефіцієнта сферичності. Останні свідчать про реалізацію щільного некристалічного пакування атомів, частка якого зростає зі вмістом мангану, досягаючи максимального значення в околі розплаву Ni66,7Mn33,3. Однак для розплаву, який відповідає азеотропній точці на діаграмі стану Ni—Mn, характерне підсилення взаємодії між атомами Ni— ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 2 53 Mn та Mn—Mn. Це перешкоджає утворенню некристалічного щільного паку- вання та підсилює різноманітність в локальному оточенні атомів в цій точці. В системах з наявністю декомпресії в розплаві поверхнево-активними мо- жуть бути не тільки окремі атоми хімічного елементу, що утворюють більш слабкі зв'язки з металом-розчинником, але й структурні елементи рідини, в яких енергія зв'язку між атомами вища, ніж енергія зв'язку їх з основним ме- талом-розчинником. Такі структурні елементи рідини можуть проявляти по- верхневу активність в розплаві, що обумовлює появу екстремумів на експе- риментальних ізотермах густини та поверхневого натягу розплаву. Критерієм поверхневої активності в цьому випадку може бути поява ковалентної складової в структурі хімічного зв'язку між парами атомів розплаву. 1. Синтетические сверхтвердые материалы. В 3-х т. Т. 1. Синтез сверхтвердых материал- лов / Редкол.: Новиков Н. В. (отв. ред.) и др. — Киев: Наук. думка, 1986. — 280 с. 2. Роик А. С., Казимиров В. П., Сокольский В. Э. Моделирование и анализ структуры жид- ких металлов методами обратного Монте-Карло и Вороного-Делоне // Журн. структур- ной химии. — 2004. — 45, № 4. — С. 683—691. 3. Казимиров В. П., Смык С. Ю., Сокольский В. Э. и др. К методике рентгенографического исследования расплавов // Расплавы. — 1996. — № 5. — С. 85—90. 4. Авдюхина В. М., Батсурь Д., Зубенко В. В. и др. Рентгенография. Спецпрактикум / Под общ. ред. А. А. Кацнельсона. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. — 240 с. 5. McGreevy R. L. Reverse Monte Carlo modeling // J. Phys. Condens. Matter. — 2001. — 13, N 46. — P. R877—R913. 6. Медведев Н. Н. Метод Вороного-Делоне в исследовании структуры некристаллических систем. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. — 214 с. 7. Баталин Г. И., Стукало В. А., Нещименко Н. Я., Пацелий Н. В. Термодинамические свойства двойных жидких сплавов Mn—Ni // Журн. физ. химии. — 1981. — 55, № 10. — С. 2469—2471. 8. Балатов В. А., Сережкин Н. В. Координационные числа атомов // Соросовский образо- вательный журн. — 1999. — № 7. — С. 91—97. 9. Жуховицкий А. А. Поверхностное натяжение растворов // ЖФХ. — 1944. — 18, № 5/6. — С. 214—233. 10. Попель С. И., Павлов В. В. Термодинамический расчет поверхностного натяжения растворов // Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. — Нальчик: Кабард.-Балкар. кн. изд-во, 1965. — С. 46—60. 11. Еременко В. Н., Василиу М. И. Классификация жидких металлических систем по типам изотерм поверхностного натяжения // Укр. хим. журн. — 1972. — 38, № 2. — С. 118— 125. 12. Перевертайло В. М., Логинова О .Б., Казимиров В. П., и др. Характер упорядочения атомов в расплаве и поверхностные свойства простых эвтектических систем // Сверхтв. материалы. — 2008. — № 4. — С. 35—53. Київський національний ун-т Надійшла 24.07.08 ім. Тараса Шевченка Ін-т надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63386
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0203-3119
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T17:36:43Z
publishDate	2009
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
record_format	dspace
spelling	Роїк, О.С. Лисовенко, С.О. Перевертайло, В.М. Казіміров, В.П. Логінова, О.Б. 2014-05-31T19:27:39Z 2014-05-31T19:27:39Z 2009 Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 2. — С. 44-53. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63386 539.266 З використанням методу оберненого Монте-Карло і експериментальних кривих структурного фактора отримано структурні моделі бінарних розплавів Ni—Mn. Аналіз локальної атомної структури проведено за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Встановлено, що за виключенням математичного сподівання та дисперсії розподілу коефіцієнта сферичності поліедрів Вороного, концентраційні залежності структурних параметрів розплавів Ni—Mn мають адитивний характер. Аналіз метричних характеристик поліедрів свідчить про реалізацію щільного некристалічного пакування атомів у досліджених розплавах, частка якого зростає зі вмістом мангану, досягаючи максимального значення в околі розплаву Ni₆₆,₇Mn₃₃,₃. Однак для розплаву, який відповідає азеотропній точці на діаграмі стану Ni—Mn, характерне підсилення взаємодії між атомами Ni—Mn та Mn— Mn. Це перешкоджає утворенню некристалічного щільного пакування та підсилює різноманітність в локальному оточенні атомів для розплаву в цій точці. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn Article published earlier
spellingShingle	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn Роїк, О.С. Лисовенко, С.О. Перевертайло, В.М. Казіміров, В.П. Логінова, О.Б. Получение, структура, свойства
title	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn
title_full	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn
title_fullStr	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn
title_full_unstemmed	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn
title_short	Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn
title_sort	моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи ni—mn
topic	Получение, структура, свойства
topic_facet	Получение, структура, свойства
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63386
work_keys_str_mv	AT roíkos modelûvannâtaanalízstrukturibínarnihrozplavívsisteminimn AT lisovenkoso modelûvannâtaanalízstrukturibínarnihrozplavívsisteminimn AT perevertailovm modelûvannâtaanalízstrukturibínarnihrozplavívsisteminimn AT kazímírovvp modelûvannâtaanalízstrukturibínarnihrozplavívsisteminimn AT logínovaob modelûvannâtaanalízstrukturibínarnihrozplavívsisteminimn

Моделювання та аналіз структури бінарних розплавів системи Ni—Mn

Репозитарії

Схожі ресурси