Кинетика взаимодействия расплавов Co–Cu с графитом и микроструктура образующихся металл-углеродных композиций

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Измерены временные зависимости контактного угла и диаметра пятна смоченной поверхности при взаимодействии расплавов Co–Cu с содержанием меди 20, 40 и 60 ат. % с графитом при температурах 1390, 1440, 1490, 1540 и 1590°C. Смачивания графита расплавами Co–Cu в этих условиях не происходит: конечный контактный угол для Co80–Cu20 – 95°, Co60Cu40 – 110°, Co40–Cu60 – 100°. Конечное значение диаметра пятна смоченной поверхности при этом незначительно увеличивается. Металлографический анализ микроструктуры композиционных материалов Co–Cu–С, полученных путем контактного легирования расплавов Co–Cu углеродом, показал зависимость морфологии структурных составляющих и фазового состава образцов от содержания меди. Композиционные материалы (Co–27%С–10%Cu) + (Co–32%С–62%Cu) + С и (Co–19%С–15%Cu) + (Co–25%С–72%Cu) + С, полученные при взаимодействии расплавов Co–Cu с содержанием меди 20, 40 ат. % с графитом, имеют макрооднородную структуру.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. А. Чикова

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Автор, ответственный за переписку.
Email: O.A.Chikova@urfu.ru
Россия, 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 19

И. Г. Ширинкина

ФГБУН Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: O.A.Chikova@urfu.ru
Россия, 620137, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

В. С. Цепелев

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Email: O.A.Chikova@urfu.ru
Россия, 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Н. И. Синицин

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Email: O.A.Chikova@urfu.ru
Россия, 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 19

В. В. Вьюхин

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Email: O.A.Chikova@urfu.ru
Россия, 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Список литературы

  1. Nishizawa T., Ishida K. The Co-Cu (Cobalt-Copper) system // Bull. Alloy phase diagr. 1984. V. 5. P. 161–165. https://doi.org/10.1007/BF02868953
  2. Guo F., Lu T., Qin J., Zheng H., Tian X. Abnormal resistivity behavior of Cu–Ni and Cu–Co alloys in undercooled liquid state // Phys. B. 2012. V. 407. P. 4108–4113. https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.06.024
  3. Yamauchi I., Ueno N., Shimaoka M., Ohnaka I. Undercooling in Co–Cu alloys and its effect on solidification structure // J. Mater. Sci. 1998. V. 33. P. 371–378. https://doi.org/10.1023/A:1004319829612
  4. Robinson M.B., Li D., Rathz T.J., Williams G. Undercooling, liquid separation and solidification of Cu–Co alloys // J. Mater. Sci. 1999. V. 34. P. 3747–3753. https://doi.org/10.1023/A:1004688313591
  5. Lu X.Y., Cao C.D., Kolbe M., Wei B., Herlach D.M. Microstructure analysis of Co–Cu alloys undercooled prior to solidification // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 375–377. P. 1101–1104. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.106
  6. Yang W., Chen S.H., Yu H., Li S., Liu F., Yang G.C. Effects of liquid separation on the microstructure formation and hardness behavior of undercooled Cu–Co alloy // Appl. Phys. A. 2012. V. 109. P. 665–671. https://doi.org/10.1007/s00339-012-7090-4
  7. Munitz A., Venkert A., Landau P., Kaufman M.J., Abbaschian R. Microstructure and phase selection in supercooled copper materials showing metastable liquid miscibility gap // J. Mater. Sci. 2012. V. 47. P. 7955–7970. https://doi.org/10.1007/s10853-012-6354-x
  8. Munitz A., Abbaschian R. Microstructure of Cu-Co alloys solidified at various supercoolings // Metall Mater Trans A. 1996. V. 27. P. 4049–4059. https://doi.org/10.1007/BF02595654
  9. Zhao D., Gao J. Liquid phase separation in undercooled Cu–Co alloys under the influence of static magnetic fields // Philosophical Transactions A. 2019. V. 377. P. 20180207. https://doi.org/10.1098/rsta.2018.0207
  10. Zhao D., Liu R., Wu D., Bo L., Wang L. Liquid-liquid phase separation and solidification behavior of Al-Bi-Sb immiscible alloys // Results in Physics. 2017. V. 7. P. 3216–3221. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.08.056
  11. Авраамов Ю.С., Кошкин В.И., Петрищев И.М., Шляпин А.Д. Получение сплавов на основе систем несмешивающихся компонентов методом контактного легирования // Машиностр. инжен. образов. 2007. № 4. С. 21–30.
  12. Бродова И.Г., Чикова О.А., Витюнин М.А., Яблонских Т.И., Ширинкина И.Г., Астафьев В.В. Структура сплавов Fe-Cu-С, полученных способом контактного легирования // Физ. мет. металловед. 2009. Т. 108. № 6. С. 626–632.
  13. Чикова О.А., Витюнин М.А., Ченцов В.П., Сакун Г.В. Расслоение расплавов Fe–Cu при смачивании графита // Коллоид. журн. 2010. Т. 72. № 2. С. 251–257.
  14. Song Z., Liu X., Sun X. et al. Alginate-templated synthesis of CoFe/carbon fiber composite and the effect of hierarchically porous structure on electromagnetic wave absorption performance // Carbon. 2019. V. 151. P. 36. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.025
  15. Sugime H., D’Arsiè L., Esconjauregui S. et al. Low temperature growth of fully covered single-layer graphene using CoCu catalyst // Nanoscale. 2017. V. 9. № 38. P. 14467–14475. https://doi.org/10.1039/C7NR02553J
  16. Fan X., Mashimo T., Huang X. et al. Magnetic properties of Co-Cu metastable solid solution alloys // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 094432. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.094432
  17. Weatherup R.S., D’Arsié L., Cabrero-Vilatela A. et al. Long-term passivation of strongly interacting metals with single-layer graphene // J. Am.Chem. Soc. 2015 V. 137. № 45. P. 14358–14366. https://doi.org/10.1021/jacs.5b08729
  18. Karpan V.M., Khomyakov P.A., Starikov G. et al. Theoretical prediction of perfect spin filtering at interfaces between close-packed surfaces of Ni or Co and graphite or graphene // Phys. Rev. B: Condens.Matter. 2008. V. 78. P. 195419. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.195419
  19. Wan Y., Xiao J., Li Ch. et al. Microwave absorption properties of FeCo-coated carbon fibers with varying morphologies // J. Magn.Magn. Mater. 2016. V. 399. P. 252–259. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.10.006
  20. Кютт Р.Н., Данишевский А.М., Сморгонская Э.А. и др. Рентгенодифракционное исследование структуры нанопористого углерода, полученного из карбидных материалов //Физ. тех. полупроводников. 2003. Т. 37. № 7. С. 811–815.
  21. Дзидзигури Э.Л., Сидорова Е.Н., Багдасарова К.А., Земцов Л.М., Карпачева Г.П. Формирование наночастиц Co в металл-углеродных композитах // Кристаллография. 2008. Т. 53. № 2. С. 342–345.
  22. Домоновa Д.П., Печенюкa С.И., Семушина Ю.П. Термическое разложение двойного салицилатного комплекса Со–Cu в атмосфере аргона с получением металл-углеродных композиций // Ж. неорг. химии. 2022. Т. 67. № 4. С. 540–544. https://doi.org/10.31857/S0044457X22040043
  23. Fan X., Mashimo T., Huang X. et al. Magnetic properties of Co-Cu metastable solid solution alloys // Phys. Rev. B. 2004. V. 69, P. 094432. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.094432
  24. Childress J.R., Chien C.L. Reentrant magnetic behavior in FCC Co-Cu alloys // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. P. 8089. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.8089
  25. Jegede, O.E., Cochrane, R.F., Mullis, A.M. Metastable monotectic phase separation in Co–Cu alloys // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. № 16. P. 11749–11764. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2417-y
  26. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3-х т. / ред. Н.П. Лякишев. Москва: Машиностроение, 1996. Т. 1. 1996. 991 с.
  27. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. Москва: Металлургия. 1986. 206 с.
  28. Найдич Ю.В., Колесниченко Г.А. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита. Киев: Наукова думка. 1967. 89 c.
  29. Nikonova R.M., Lad‘yanov V.V. Contact interaction of metal melts with fullerite and graphite // J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. № 6. P. 12559–12567. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.09.001
  30. Tamai Y., Aratani K. Experimental study of the relation between contact angle and surface roughness // J. Phys. Chem. 1972. V. 76. № 22. P. 3267–3271. https://doi.org/10.1021/j100666a026
  31. Mortimer D.A., Nicholas M. The wetting of carbon by copper and copper alloys // J. Mater Sci. 1970. V. 5. P. 149–155. https://doi.org/10.1007/BF00554633
  32. Gulevskii V.A., Antipov V.I., Kolmakov A.G. et al. Designing of copper-based alloys for the impregnation of carbon-graphite materials // Russ. Metall. (Metally). 2012. № 3. P. 258–261. https://doi.org/10.1134/S0036029512030081
  33. Gulevskii V.A., Antipov V.I., Vinogradov L.V. et al. Effect of alloying elements on the wetting of graphitized carbon with copper alloys // Russ. Metall. 2019. № 1. P. 72–76. https://doi.org/10.1134/S0036029519010051
  34. Ishida K., Nishizawa T. The C-Co (Carbon-Cobalt) system // JPE. 1991. V. 12. P. 417–424. https://doi.org/10.1007/BF02645959
  35. Глузман Л.Д., Эдельман И.И. Лабораторный контроль коксохимического производства. Харьков: Гос. Научно-техн. Изд-во литературы по черной и цветной металлургии. 1957. 635 с.
  36. Еременко В.Н., Иванов М.И., Лукашенко Г.М. и др. Физическая химия неорганических материалов. Т. 2. Поверхностное натяжение и термодинамика металлических расплавов. Киев: Наукова думка, 1988. 192 с.
  37. Попель С. И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994. 432 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Временные зависимости углов смачивания графита θ расплавами Co–Cu с содержанием меди 20, 40 и 60 ат. % при температуре 1390, 1440, 1490, 1540 и 1590°C. Способ измерения θ показан на рис. 2а.

Скачать (356KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Временные зависимости диаметра пятна смоченной расплавами Co–Cu с содержанием меди 20, 40 и 60 ат. % поверхности графита при температуре 1390, 1440, 1490, 1540 и 1590°C.

Скачать (356KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временные зависимости высоты h капли расплава Co–Cu с содержанием меди 20, 40 и 60 ат. % при температуре 1390, 1440, 1490, 1540 и 1590°C относительно поверхности графита.

Скачать (350KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Общий вид Co–Cu–C образцов: а) Сo-20%Cu–C; б) Сo–40%Cu–C; в) Сo–60%Cu–C.

Скачать (237KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структура металл-углеродного материала Co–20%Cu–С: а) эвтектика Co–C; б) зоны меди в Co–C эвтектике и EDS-карта распределения элементов (СЭМ).

Скачать (808KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Структура металл-углеродного материала Co–40%Cu–С: а) граница Co и Cu зон и дендриты Co в Cu зоне; б) область в месте контакта образца с графитовой подложкой; EDS-карты распределения элементов (СЭМ).

Скачать (796KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Структура металл-углеродного материала Co–20%Cu–С: а) Cu зона с дендритами Co; б) обособленные зоны Co–C эвтектики с включениями медной фазы, EDS-карты распределения элементов (СЭМ).

Скачать (645KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».