Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈

Проведено рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ при 1300, 1400 та 1500 оC. З отриманих експериментальних кривих структурного фактора за допомогою методу RMC реконструйовано структурні моделі розплаву при всіх досліджених температурах. Локальну структуру отриманих моделей досліджували з...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Сверхтвердые материалы
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Роїк, О.С., Лисовенко, С.О., Перевертайло, В.М., Казіміров, В.П., Логінова, О.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2009
Schlagworte:	Получение, структура, свойства
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63395
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:	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 3. — С. 59-67. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859991597083525120
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 розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 3. — С. 59-67. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Сверхтвердые материалы
description	Проведено рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ при 1300, 1400 та 1500 оC. З отриманих експериментальних кривих структурного фактора за допомогою методу RMC реконструйовано структурні моделі розплаву при всіх досліджених температурах. Локальну структуру отриманих моделей досліджували за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Здійснено порівняльний аналіз структури розплавів NNi₉₂С₈, Ni₃₈Mn₆₂ та Ni₃₅Mn₅₇C₈. Показано, що порівняно з розплавом Ni₉₂С₈ в розплаві Ni₃₅Mn₅₇C₈ атоми вуглецю мають підвищену рухливість.
first_indexed	2025-12-07T16:32:25Z
format	Article
fulltext	ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 3 59 УДК 539.266 О. С. Роїк, С. О. Лисовенко, В. М. Перевертайло, В. П. Казіміров, О. Б. Логінова (м. Київ) Моделювання та аналіз структури розплаву Ni35Mn57C8 Проведено рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni35Mn57C8 при 1300, 1400 та 1500 оC. З отриманих експериментальних кривих структурного фактора за допомогою методу RMC реконструйовано струк- турні моделі розплаву при всіх досліджених температурах. Локальну структуру отриманих моделей досліджували за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Здійснено порівняльний аналіз структури розплавів Ni92С8, Ni38Mn62 та Ni35Mn57C8. Показано, що порівняно з розплавом Ni92С8 в розплаві Ni35Mn57C8 атоми вуглецю мають підвищену рухливість. Ключові слова: розплав Ni—Mn, рентгенодифракційне дослід- ження, локальний порядок, функція парного розподілу. Вступ. Цінною інформацією для опису процесу кристалізації з розплаву є енергія його зародкоутворення та швидкість дифузії компонента, що кристалізується, до поверхні кристала. Енергія зародкоутворення симбат- на поверхневому натягу на межі рідина—тверда фаза, що кристалізується. Швидкість дифузії компонента до поверхні кристала знаходиться в про- тилежній залежності від енергії його взаємодії з іншими компонентами роз- чину. Цілком очевидно, що швидкість дифузії компонента до поверхні кри- стала залежить і від взаємодії між всіма компонентами розчину, оскільки в процесі переміщення часточка дифундуючого компонента змушена розрива- ти всі зв’язки, що трапляються на її шляху. Оскільки структура рідини зале- жить від міжатомної взаємодії компонентів, то структурні дослідження до- помагають в оцінці вищезгаданих факторів кристалізації при відсутності можливості їх прямого експериментального визначення. Відомо, що ефективним ростовим середовищем для вирощування синте- тичних алмазів є бінарний розплав Ni—Mn, для якого оптимальні р, Т-умови відповідають співвідношенню Ni:Mn = 38:62 [1]. Раніше нами було проведе- но рентгенодифракційне дослідження та моделювання розплаву Ni92C8 [2, 3] та бінарних розплавів системи Ni—Mn [4]. Мета даної роботи полягала у рентгенодифракційному дослідженні, моделюванні та детальному аналізі отриманих структурних моделей розплаву Ni35Mn57C8 (співвідношення Ni:Mn = 38:62). Паралельно проведено порівняльний аналіз локальної струк- тури потрійного розплаву Ni35Mn57C8 і відповідних йому бінарних розплавів Ni92С8 та Ni38Mn62. Експеримент та моделювання. Досліджуваний сплав готували з електролітичних Ni (99,95 %), Mn (99,7 %) та графіту (99,99 %) сплавленням компонентів в електродуговій печі КПТМ-2 з невитратним вольфрамовим електродом в мідному водоохолоджуваному тиглі в захиснім середовищі аргону. Густину ρ та поверхневий натяг σрг розплаву Ni35Mn57C8 при темпе- © О. С. РОЇК, С. О. ЛИСОВЕНКО, В. М. ПЕРЕВЕРТАЙЛО, В. П. КАЗІМІРОВ, О. Б. ЛОГІНОВА, 2009 www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 60 ратурі 1250 °С вимірювали методом “великої краплі” в тиглях із Al2O3 в вакуумі 3⋅10–3 Па за допомогою обладнання, описаного в [5]. Рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni35Mn57C8 проведено при температурі 1300, 1400 та 1500 °С. Криві інтенсивності розсіяних рентгенів- ських променів отримано методом “на відбиття” від вільної поверхні розпла- ву на автоматичному θ-θ дифрактометрі з використанням MoKα-випро- мінювання (λ = 0,071069 нм), монохроматизованого парою збалансованих диференціальних фільтрів, виготовлених з ZrO2 та Y2O3 та розташованих у дифрагованому пучку, що забезпечувало високий ступінь монохроматизації при мінімальному ослабленні інтенсивності розсіяного випромінювання. Для мінімізації випадкових похибок в експериментальних даних дослідження кожного розплаву проведено не менше трьох раз при однаковій температурі. Схема θ-θ дифрактометра і методика проведення високотемпературного рент- генодифракційного експерименту описані в [6]. При обробці експериментальних кривих враховували поправки на поляри- зацію рентгенівських променів і кутову залежність некогерентного розсію- вання. Нормування до електронних одиниць здійснювали за рівнянням Вайн- штейна з використанням атомних факторів та поправок на аномальну диспер- сію з [7]. Розрахунок кривих структурного фактора (СФ) a(S) (S = 4πsinθ/λ — вектор дифракції, θ — половина кута розсіювання, λ — довжина хвилі рент- генівського випромінювання) та функцій парного розподілу (ФПР) атомів g(R) проводили згідно методики, описаної у [8]. Експериментальні криві структурного фактора отримані в інтервалі значень вектора дифракції 0,9— 12,5 Å–1. Структурні моделі розплавів при різних температурах було реконструйо- вано з експериментальних кривих структурного фактора за допомогою мето- ду оберненого Монте Карло [9], який відомий у літературі під назвою Reverse Monte Carlo method (RMC). Вихідну конфігурацію задавали випадковим чи- ном, вона містила 10000 атомів в основній комірці у стехіометричному співвідношенні, що відповідає складу розплаву. При цьому розміри модель- ного куба узгоджували з густиною розплаву при температурі дослідження, котра становила 0,07523 атом/Å3 при 1300 °С, 0,07409 атом/Å3 при 1400 °С та 0,07295 атом/Å3 при 1500 °С. Як фактор обмеження в моделюванні застосо- вували відстані максимального зближення атомів σ, які становили 2,1 (Ni— Ni), 2,15 (Ni—Mn), 1,65 (Ni—C), 2,2 (Mn—Mn), 1,7 (Mn—C) та 1,2 (С—С) Å. Наведені значення для атомів одного сорту визначали з відповідних експери- ментальних кривих g(R) чистих компонентів, для пар з різносортних (i-j) атомів використовували адитивне наближення, згідно якого σij = (σii + σjj)/2. Первинний аналіз отриманих моделей полягав у розрахунку парціальних структурних характеристик атомного впорядкування: функцій парного розпо- ділу атомів gij(R), кривих структурних факторів aij(s), найбільш імовірних міжатомних відстаней R1(i-j) та кривих розподілу кута у зв’язках атом— атом—атом для локального оточення атомів у розплаві. Більш детальний модельний аналіз локальної структури розплавів був реалізований за допомо- гою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне [10]. Згідно з цим методом, конфігураційний простір моделі розбивають на поліедри Вороного (ПВ) з подальшим розрахунком їх метричних та топологічних характеристик. Оскільки ПВ, який побудований навколо будь-якого атома структурної моделі, є геометричним відображенням його локального оточення, то розпо- діл характеристик ПВ кількісно характеризує локальний атомний порядок до- сліджуваного розплаву. ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 3 61 Результати та обговорення. На рис. 1 наведено СФ (рис. 1, а) та ФПР атомів (рис. 1, б) для розплаву Ni35Mn57C8 при температурах 1300, 1400 та 1500 °C у порівнянні з дифракційними даними, отриманими для бінарних розплавів Ni92С8 [2] та Ni38Mn62 [4]. Як видно з рис. 1, криві СФ та ФПР вияв- ляють більшу схожість у випадку розплавів, що містять вуглець − Ni35Mn57C8 і Ni92С8, ніж у випадку Ni35Mn57C8 та Ni38Mn62. Це може свідчити про суттєвий вплив вуглецю на формування локальної структури розплавів, а також на подібність локального порядку розплавів, що містять вуглець. Тут же наведено модельні криві СФ, котрі узгоджуються з експериментальними в межах похибки експерименту, що вказує на адекватність реконструйованих структурних моделей реальній структурі досліджуваних розплавів. 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 1 a(S) S, Å–1 2 3 4 5 а 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 g(R) 1 2 3 4 5 R, Å б Рис. 1. Експериментальні (точки) і модельні (лінії) криві структурного фактора a(S) (а) та функцій парного розподілу атомів g(R) (б) для потрійного розплаву Ni35Mn57C8 при температурах 1500 (1), 1400 (2) 1300 (3) °С та бінарних розплавів Ni38Mn62 при 1068 °С (4) і Ni92C8 при 1390 °С (5). Аналіз кривих СФ та ФПР полягав у розрахунку положення їх перших максимумів s1 та R1 (табл. 1), де R1 характеризує найбільш ймовірну відстань в локальному оточенні атомів розплаву. Слід зазначити, що значення s1 та R1 для потрійного розплаву Ni35Mn57C8 ближчі до відповідних параметрів бінарного розплаву Ni92С8, ніж до параметрів бінарного розплаву Ni38Mn62, та слабо залежать від температури, що може вказувати на певну стабільність локального оточення атомів. Разом з тим, форма кривих СФ та ФПР помітно змінюється з підвищенням температури, що є свідченням зміни локальної структури розплавів. Для з’ясування цього питання було використано резуль- тати моделювання структури потрійного розплаву при різних температурах методом RMC. Був проведений порівняльний аналіз парціальних кривих aij(s) та gij(R) (рис. 2), розрахованих із RMC-моделей потрійного розплаву Ni35Mn57C8 та бінарних розплавів Ni92С8, Ni38Mn62. Отримані з gij(R) значення парціальних міжатомних відстаней R1(i-j) наведено у табл. 1. Як видно з табл. 1, з ростом температури значення R1(Ni—Ni) та R1(Mn— Mn) залишаються практично незмінними, а R1(Ni—Mn) виявляє тенденцію до незначного скорочення. Підвищення температури слабо впливає на форму та положення максимумів кривих gNiNi(R), gNiMn(R) та gMnMn(R) (рис. 2, а, б, г). Отримані результати вказують на незначні зміни структури матриці з 3d- металу з підвищенням температури розплаву. З іншого боку, при підвищенні температури відбуваються зміни в локальному оточенні атомів вуглецю, про www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 62 що свідчать суттєві збільшення міжатомних відстаней R1(Ni—С), R1(Mn—С) і R1(С—С) та зміна форми і положення максимумів на відповідних кривих gij(R). Потрібно зазначити, що кореляція в парах C—C обмежується, в основ- ному, першою координаційною сферою (див. рис. 2, д), оскільки gСС(R) ≈ 1 при R > 4 Å. З підвищенням температури до 1500 °С висота першого макси- муму функції gСС(R) значно зменшується з одночасним зсувом його поло- ження в напрямку більших значень R. Це, на нашу думку, свідчить про більш однорідний розподіл атомів вуглецю в матриці 3d-металу при значному пе- регріві над лінією ліквідус. Таблиця 1. Параметри локального впорядкування розплавів Ni35Mn57C8, Ni92С8 та Ni38Mn62 R1, Å парціальні T, °С s1, Å–1 загальна Ni—Ni Ni—Mn Ni—C Mn—Mn Mn—C C—C Ni35Mn57C8 1300 3,01 2,51 2,54 2,53 1,85 2,53 1,89 1,45 1400 3,02 2,52 2,53 2,51 1,90 2,54 1,93 1,51 1500 3,02 2,51 2,53 2,51 1,94 2,54 1,98 1,65 Ni92С8 [2] 1390 2,99 2,48 2,49 — 1,75 — — 1,43 Ni38Mn62 [4] 1068 2,93 2,59 2,61 2,58 — 2,56 — — Порівнюючи парціальні міжатомні відстані потрійного розплаву при температурі 1300 °С з відповідними значеннями міжатомних відстаней у бінарних розплавах (табл. 1), можна зазначити ряд особливостей. Всі парціальні R1 у розплаві Ni38Mn62 більші, ніж у розплаві Ni35Mn57C8, особливо у випадку R1(Ni—Ni) та R1(Ni—Mn), тобто, додавання вуглецю досить сильно змінює локальне оточення атомів Ni та Mn порівняно з бінарним розплавом Ni38Mn62. З іншого боку, значення R1(Ni—Ni) і R1(Ni—С) для бінарного розп- лаву Ni92С8 помітно менші, особливо R1(Ni—С). Порівняння з R1(С—С) показує, що інтенсивність міжатомної взаємодії між атомами вуглецю прак- тично не змінюється при переході від бінарного до потрійного розплаву. Та- ким чином, додавання мангану послаблює взаємодію між атомами Ni—Ni і Ni—C в розплаві Ni35Mn57C8 порівняно з бінарним розплавом, тоді як інтен- сивність взаємодії в парах C—C залишається сталою. Локальний порядок атомів у структурних моделях потрійного розплаву також досліджували за допомогою методу Вороного-Делоне. В табл. 2 представлені дані для математичного сподівання [Kсф] та його середньоквад- ратичного відхилення σ кривих розподілу коефіцієнта сферичності поліедрів Вороного Kсф розплаву Ni35Mn57C8 при різних температурах та розплавів Ni92С8, Ni38Mn62. Видно, що з підвищенням температури [Kсф] для ПВ, що побудовані навколо атомів Ni та Mn, зменшується, особливо при переході від 1400 до 1500 °С, тоді як значення σ збільшується. Така поведінка [Kсф] та σ свідчить про те, що щільне пакування атомів навколо Ni та Mn з ростом тем- ператури зменшується внаслідок інтенсифікації теплового руху атомів розп- лаву [11]. Більш цікавим є зростання [Kсф] з одночасним зменшенням σ для ПВ, які побудовані навколо атомів вуглецю, що свідчить про зростання щіль- ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 3 63 ності пакування атомів у локальному оточенні атомів вуглецю в розплаві. Така поведінка метричних характеристик ПВ говорить про те, що з ростом температури вуглець більш рівномірно розподіляється в матриці 3d-металів, що корелює з поведінкою кривої gСС(R). Таким чином, якщо при темпера- турах поблизу лінії ліквідус у металічних розплавах вуглець схильний утво- рювати ланцюжки [2], то з підвищенням температури такі конфігурації ато- мів поступово розпадаються. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 R, Å 1 2 3 4 5 g NiNi (R) а 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 g NiMn (R) 1 2 3 4 R, Å б 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 g NiC (R) R, Å 1 2 3 5 в 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 R, Å g MnMn (R) 1 2 3 4 г 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 g MnC (R) 1 2 3 R, Å д 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 g CC (R) 1 2 3 5 R, Å е Рис. 2. Криві функцій парного розподілу атомів gij(R) для потрійного розплаву Ni35Mn57C8 (gNiNi (a), gNiMn (б), gNiC (в), gMnMn (г), gMnC (д), gCC (е)) при температурах 1500 (1), 1400 (2) 1300 (3) °С та бінарних розплавів Ni38Mn62 (а, б, г) при 1068 °С (4) і Ni92C8 (а, в, е) при 1390 °С (5). Для оцінки величини відносної сили міжатомної взаємодії було викори- стано просторовий кут грані поліедра Вороного. Ця величина є площею про- екції грані на одиничну сферу з центром на атомі, навколо якого побудований поліедр. Просторовий кут грані можна інтерпретувати як частку електронів www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 64 атома, розділених з сусіднім атомом, з яким утворена дана грань. Згідно ал- горитму побудови ПВ [10] кожній грані поліедра відповідає зв’язок атом— атом, таким чином величина просторового кута грані характеризує міжатом- ний зв’язок. Таблиця 2. Математичне сподівання [Kсф] та його середньоквадратичне відхилення σ кривих розподілу коефіцієнта сферичності ПВ для розплавів Ni35Mn57C8, Ni92С8 та Ni38Mn62 Ni Mn C Т, °С [Kсф] σ, % [Kсф] σ, % [Kсф] σ, % Ni35Mn57C8 1300 0,690±0,001 4,05±0,05 0,695 3,77 0,555 10,4 1400 0,692 4,51 0,694 4,55 0,566 10,1 1500 0,680 4,48 0,686 4,23 0,563 9,7 Ni92С8 [2] 1390 0,708 3,0 — 0,503 8,8 Ni38Mn62 [9] 1070 0,696 3,63 0,699 3,46 — У [12] була введена величина валентного зусилля s, яке визначається з рів- няння π ξΩ= 4 s , де ζ — ступінь окиснення центрального атома; Ω — просторовий кут в стера- діанах. У випадку металічного розплаву, якщо виходити з припущення, що між- атомний простір рівномірно заповнюється електронним газом, доцільно роз- глядати лише просторовий кут безвідносно до ступеня окиснення централь- ного атома. На рис. 3 наведено криві розподілу просторових кутів P(Ω). При- клад розподілу просторових кутів для розплаву, який відповідає температурі 1300 °С, показано на рис. 3, а. Видно, що криві розподілу для зв’язків Ni—Ni, Ni—Mn, Mn—Mn лежать досить близько одна до однієї, вказуючи на незнач- ну різницю у величині міжатомної взаємодії. Те саме стосується і кривих роз- поділу просторових кутів для зв’язків Ni—C та Mn—C. На рис. 3, б наведено розподіл просторових кутів для зв’язків Ni—C в розплавах Ni35Mn57C8 та Ni92C8. Для розплаву Ni92C8 була використана мо- дель, часточки якої задані у вигляді жорстких сфер, що не взаємодіють між собою. Як видно з рис. 3, б, розподіл просторових кутів у зв’язках Ni—C для цієї моделі та для моделі розплаву Ni35Mn57C8, отриманої на основі експери- ментального структурного фактора, подібні. Це означає, що в розплаві Ni35Mn57C8 нікель слабо зв'язаний з атомами вуглецю. Зважаючи на подіб- ність розподілів просторових кутів для зв’язків Ni—C та Mn—C в розплаві Ni35Mn57C8, можна також зробити висновок і про слабкість зв’язків Mn—C. У [3] було показано, що в системи Ni—C зв’язок між атомом нікелю та вуглецю має деяку направленість, що підтверджується наявністю двох максимумів на кривій розподілу просторових кутів для зв’язків Ni—C (див. рис. 3, б). Отже, в розплаві Ni35Mn57C8 зникає направленість зв’язку Ni—C, що може бути обумовлено появою конкурентної взаємодії між атомами Ni та Mn. Оскільки має місце ослаблення взаємодії атомів вуглецю з атомами ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 3 65 нікелю та мангану, то для розриву старих зв’язків (чим супроводжується рух атома в рідині) потрібна мала енергія. Іншими словами, в потрійному розплаві енергія активації переходу атома вуглецю від однієї групи атомів до іншої менша, ніж у бінарному розплаві Ni92C8. Це узгоджується зі збіль- шенням відстаней R1(Ni—C) у локальному оточенні атомів потрійного розп- лаву. 0 1 2 3 4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Ω, стерадіан P(Ω) C–C Me–C Me–Me 1 2 3 4 5 6 а 0 1 2 3 4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 випадкова P(Ω) 1 2 Ω, стерадіан б Рис. 3. Розподіл просторових кутів Ω для розплаву Ni35Mn57C8 (Ni—Ni (1), Ni—Mn (2), Ni—C (3), Mn—Mn (4), Mn—C (5), C—C (6)) при температурі 1300 °С (а), та розподіл просторових кутів для зв’язків Ме—C в розплавах Ni35Mn57C8 при 1300 °С (1), Ni92C8 при 1390 °С (2) (б). Додавання вуглецю в розплав Ni38Mn62 призводить до збільшення величин поверхневого натягу: для розплаву Ni38Mn62 вона становить 1053±11 мДж/м2 (при 1250 °С), для розплаву Ni35Mn57C8 — 1452±18 мДж/м2 (при 1250 °С). Отже, зміна поверхневого натягу розплаву також свідчить про зміну характе- ру упорядкування атомів у розплаві. Для з’ясування отриманого результату розглянемо локальне оточення в розплавах Ni38Mn62 та Ni35Mn57C8. Візьмемо довільний атом А в розчині, знайдемо просторові кути для кож- ного атома, що є його найближчими сусідами. Суму просторових кутів для певного типу атомів в оточенні атома А назвемо часткою цього типу в оточенні атома А. Можна знайти математичне сподівання величини частки кожного типу в оточенні різних типів атомів. Очевидно, що для ідеального розчину оточення атома визначається співвідношенням компонентів розчину і не залежить від типу атома, тобто для кожного типу атома відношення ма- тематичних сподівань часток Ni до Mn в координаційній сфері повинно скла- дати ∼ 0,61 (відношення мольної частки Ni до мольної частки Mn в розчині). У табл. 3 наведено відношення математичних сподівань часток Ni до Mn в оточенні атомів різних типів у розплавах Ni35Mn57C8 та Ni38Mn62. З наведених цифр можна побачити, що, відносно співвідношення різних атомів в ідеальному розчині, в розплаві Ni35Mn57C8 атоми Mn оточені як в ідеальному розчині, тоді як атоми Ni більше оточені атомами свого сорту, а в оточенні атомів вуглецю переважає Mn. В розплаві Ni38Mn62 в оточенні атомів обох типів переважають атоми протилежного типу, що свідчить про певне розша- рування в даному розплаві. Тобто, додавання вуглецю призводить до зміни локального оточення атомів в розплаві — значення відстаней між атомами Ni—Ni, Mn—Mn і Ni—Mn у розплаві Ni35Mn57C8 більш близькі між собою, ніж в розплаві Ni38Mn62. Незначна різниця у величинах міжатомної взаємодії www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 66 між атомами розплаву Ni35Mn57C8 (структура розплаву більш ідеальна) пояс- нює збільшення поверхневого натягу розплаву при додаванні вуглецю в роз- плав Ni38Mn62. Таблиця 3. Відношення математичних сподівань часток Ni до Mn в оточенні атомів різних типів T, °С Ni Mn C Ni35Mn57C8 1300 0,62 0,61 0,59 1400 0,63 0,61 0,58 1500 0,62 0,61 0,61 Ni38Mn62 1070 0,6 0,62 ― Аналогічним чином розглянемо локальне оточення атомів вуглецю в роз- плавах Ni38Mn62 та Ni35Mn57C8. В табл. 4 наведено частку атомів вуглецю (у відсотках), що мають сусідами певну кількість атомів свого типу. В даному разі сусідніми вважали атоми, що мають між собою спільну грань ПВ, і пря- ма, проведена між цими атомами, перетинає дану грань (основна грань [10]). Очевидно, що зі збільшенням кількості атомів, які мають два і більше сусідніх атоми вуглецю, росте частка атомів вуглецю, що знаходяться в лан- цюжках, адже якщо атом вуглецю має хоча б два сусіди — він знаходиться в ланцюжку, який складається мінімум з трьох атомів. Отже, з наведеної табл. 4 можна зробити висновок, що в розплаві Ni35Mn57C8 зі зростанням температури зменшується частка атомів вуглецю в ланцюжках, в той час, як в розплаві Ni92С8 частка атомів вуглецю в ланцюжках значно менша, ніж в розплаві Ni35Mn57C8. Таблиця 4. Частка атомів вуглецю (%) з відповідною кількістю сусідів свого типу Кількість сусідніх атомів С T, °С 0 1 2 3 4 Ni35Mn57C8 (модель, отримана на основі експериментальних даних) 1300 53,625 33,625 9,375 2,75 0,5 1400 50,125 33,625 10,5 4,25 0,75 1500 55,875 34,25 8,625 1,25 0 Ni92С8 (модель, отримана на основі експериментальних даних) 1390 71,5 22 5,25 1 0,25 Ni92С8 (модель жорстких сфер) 1390 59 33,25 6,5 1,25 0 З табл. 4 видно, що оточення атомів вуглецю атомами свого сорту для мо- делей розплаву Ni35Mn57C8 більш подібне до такого, як в моделі жорстких сфер системи Ni92C8, ніж для моделі розплаву Ni92C8, отриманої на основі експериментальних даних (у зв’язку з подібністю оточення С атомами свого сорту в моделях жорстких сфер систем Ni92C8 та Ni35Mn57C8 дані для моделі жорстких сфер системи Ni35Mn57C8 не наведено). Дана обставина підтверд- ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2009, № 3 67 жує раніше зроблений висновок про те, що в потрійному розплаві атоми вуг- лецю слабше зв’язані з атомами металу, ніж в бінарному. Таким чином, гео- метрично незалежні характеристики (розподіл просторових кутів та локальне оточення атомів вуглецю атомами його ж сорту), які отримані з використан- ням моделі на основі експериментальних дифракційних даних, свідчать про зменшення сили взаємодії атомів метал—вуглець в розплаві Ni35Mn57C8. Цей висновок, в свою чергу, підтверджує адекватність використаної моделі, яка отримана на основі експериментальних дифракційних даних, для опису ре- альної структури розплаву. Висновки Вперше здійснено рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni35Mn57C8 при 1300, 1400 та 1500 °С. На основі дифракційних даних отримано структур- ні моделі розплаву з використанням методу RMC. Отримані моделі також проаналізовано за допомогою статистично-геометричного методу Вороного- Делоне. Порівняння параметрів локальної структури потрійного розплаву Ni35Mn57C8 з даними для бінарних розплавів Ni92С8 та Ni38Mn62 показало, що добавка вуглецю суттєво впливає на локальну структуру розплаву. Порівняно з розплавом Ni38Mn62, структура розплаву Ni35Mn57C8 більш ідеальна, що призводить до збільшення поверхневого натягу розплаву. Порівняно з розплавом Ni92С8, атоми вуглецю в розплаві Ni35Mn57C8 слаб- ше взаємодіють з атомами нікелю та мангану, що сприяє підвищенню їх рухливості. З підвищенням температури ланцюжки вуглецю в металічній матриці руйнуються і спостерігається його більш однорідний розподіл в об’ємі розплаву. 1. Синтетические сверхтвердые материаллы: В 3-х т. Т. 1. Синтез сверхтвердых мате- риаллов / Под общ. ред. Н. В. Новикова. — Киев: Наук. думка, 1986. — 280 с. 2. Казимиров В. П., Роик А. С., Перевертайло В. М., Логинова О. Б. Структура никель- углеродного расплава состава Ni92C8 // Сверхтв. материалы. — 2004. — № 6. — С. 46— 53. 3. Лисовенко С. О. Аналіз RMC-моделі розплаву системи Ni—C // Там же. — 2006. — № 3. — С. 30—35. 4. Роїк О. С., Лисовенко С. О., Перевертайло В. М. та ін. Моделювання та аналіз струк- тури бінарних розплавів системи Ni—Mn // Там же. — 2009. — № 2. — С. 43—48. 5. Перевертайло В. М., Золотухин А. В., Логинова О. Б. и др. Установка для изучения характеристик металлических расплавов // Там же.— 1994. — № 2. — С. 7—12. 6. Шпак А. П., Сокольський В. Э., Казимиров В. П. и др. Структурные особенности расплавов оксидных систем. — Киев: Академпериодика, 2003. — 137 с. 7. 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. 8. Казимиров В. П., Смык С. Ю., Сокольский В. Э. и др. К методике рентгенографического исследования расплавов // Расплавы. — 1996. — № 5. — С. 85—90. 9. McGreevy R. L. Reverse Monte-Carlo modeling // J. Phys. Condens. Matter. — 2001. — 13, N 46. — P. R877—913. 10. Медведев Н. Н. Метод Вороного-Делоне в исследовании структуры некристаллических систем. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. — 214 с. 11. Роик А. С., Казимиров В. П., Сокольский В. Э. Моделирование и анализ структуры жидких металлов методами обратного Монте-Карло и Вороного-Делоне // Журнал структурной химии. — 2004. — 45, № 4. — С. 683—691. 12. Балатов В. А., Сережкин Н. В. Координационные числа атомов // Соросовский образо- вательный журнал. — 1999. — № 7. — С. 91—97. Ін-т надтвердих матеріалів Надійшла 22.12.08 ім. В. М. Бакуля НАН України
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63395
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0203-3119
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:32:25Z
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. 2014-06-01T05:50:05Z 2014-06-01T05:50:05Z 2009 Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ / О.С. Роїк, С.О. Лисовенко, В.М. Перевертайло, В.П. Казіміров, О.Б. Логінова // Сверхтвердые материалы. — 2009. — № 3. — С. 59-67. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63395 539.266 Проведено рентгенодифракційне дослідження розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ при 1300, 1400 та 1500 оC. З отриманих експериментальних кривих структурного фактора за допомогою методу RMC реконструйовано структурні моделі розплаву при всіх досліджених температурах. Локальну структуру отриманих моделей досліджували за допомогою статистично-геометричного методу Вороного-Делоне. Здійснено порівняльний аналіз структури розплавів NNi₉₂С₈, Ni₃₈Mn₆₂ та Ni₃₅Mn₅₇C₈. Показано, що порівняно з розплавом Ni₉₂С₈ в розплаві Ni₃₅Mn₅₇C₈ атоми вуглецю мають підвищену рухливість. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ Article published earlier
spellingShingle	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈ Роїк, О.С. Лисовенко, С.О. Перевертайло, В.М. Казіміров, В.П. Логінова, О.Б. Получение, структура, свойства
title	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈
title_full	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈
title_fullStr	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈
title_full_unstemmed	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈
title_short	Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈
title_sort	моделювання та аналіз структури розплаву ni₃₅mn₅₇c₈
topic	Получение, структура, свойства
topic_facet	Получение, структура, свойства
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63395
work_keys_str_mv	AT roíkos modelûvannâtaanalízstrukturirozplavuni35mn57c8 AT lisovenkoso modelûvannâtaanalízstrukturirozplavuni35mn57c8 AT perevertailovm modelûvannâtaanalízstrukturirozplavuni35mn57c8 AT kazímírovvp modelûvannâtaanalízstrukturirozplavuni35mn57c8 AT logínovaob modelûvannâtaanalízstrukturirozplavuni35mn57c8

Моделювання та аналіз структури розплаву Ni₃₅Mn₅₇C₈

Institution

Ähnliche Einträge