Механизм нитридизации биметаллической пары Zr-V

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Установлена последовательность фазовых структурных превращений, характеризующих высокотемпературную нитридизацию цирконий-ванадиевой биметаллической заготовки. Определен механизм нитридизации цирконий-ванадиевого сплава ZrV2, который образуется при изготовлении биметаллической заготовки электродуговой сваркой. В ходе высокотемпературного взаимодействия с азотом происходит распад сплава, основой которого является интерметаллид ZrV2, с образованием стехиометрического нитрида циркония ZrN, твердых растворов циркония с азотом и соединений состава ZrхVуN1–х–yс одновременной сегрегацией ванадия на границах зерен нитрида циркония. Выделившийся ванадий диффундирует в область твердого раствора циркония с азотом в индивидуальном цирконии, образуя твердый раствор состава ZrхVуN1–х–y. Конечными продуктами нитридизации при выбранной температуре являются ZrN и Zr0,3V0,6N0,1– керамика, представляющая собой композит, состоящий из зерен стехиометрического нитрида циркония, распределенных в соединении ZrхVуN1–х–yс предельным составом Zr0,3V0,6N0,1.

Об авторах

И. А. Ковалев

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Г. П. Кочанов

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Т. Ю. Коломиец

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

Г. С. Дробаха

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

А. А. Ашмарин

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

К. Ю. Демин

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

А. С. Чернявский

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Email: vankovalskij@mail.ru

К. А. Солнцев

ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vankovalskij@mail.ru

Список литературы

  1. Song, Y. First-principles study of hydrogen adsorption behavior in C15 Laves phase compound ZrV2 / Song Y., Feng Yi., Feng X., Cheng Yo., Sun W., Pei X., Dong M., Feng T., Qiu Yu., Wu Ch. // AIP Advances. 2021. V.11. Is.11. Art.115011115017. https://doi.org/10.1063/5.0067621.
  2. Лившиц, Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Липецкий. – М. : Металлургия, 1980. 320 с. – (Livshits, B.G. Physical properties of metals and alloys / B.G. Livshits, V.S. Kraposhin, Ya.L. Lipetsk. – Moscow : Metallurgy, 1980. 320 р.)
  3. Фирстов, С.А. Влияние характеристик литых многокомпонентных эквиатомных двухфазных сплавов на количественное соотношение содержащихся в них поликомпонентной фазы Лавеса С14 и ОЦК-твердого раствора замещения / С.А. Фирстов, В.Ф. Горбань, Н.А. Крапивка, Э.П. Печковский, М.В. Карпец // Композиты и наноструктуры. 2015. Т.7. №3. С.127–144. – (Firstov, S.A. Influence of characteristics of cast multicomponent equiatomic two-phase alloys on the quantitative ratio of the polycomponent Lava phase C14 and (BCC) solid substitution solution contained in them / S.A. Firstov, S.A. Firstov, V.F. Gorban, N.A. Krapivka, E.P. Pechkovsky, M.V. Karpets // Composites and Nanostructures. 2015. V.7. №3. Р.127–144.)
  4. Перевезенцев, А.Н. Гидриды интерметаллических соединений и сплавов, их свойства и применение в атомной технике / А.Н. Перевезенцев, Б.М. Андреев, В.К. Капышев, Л.А. Ривкис, М.П. Малек, В.М. Быстрицкий, В.А. Столупин // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 1988. Т.9. №6. С.1386–1437. – (Perevezentsev, A.N. Hydrides of intermetallic compounds and alloys, their properties and application in atomic engineering / A.N. Perevezentsev, B.M. Andreev, V.K. Kapyshev, L.A. Rivkis, M.P. Malek, V.M. Bystritsky, V.A. Stolupin // Physics of elementary particles and the atomic nucleus. 1988. V.9. №6. Р.1386–1437.)
  5. Сивов, Р.Б. Новые сплавы-накопители водорода на основе ZrFe2 с высоким давлением диссоциации гидридов / Р.Б. Сивов , Т.А. Зотов, В.Н. Вербецкий // Альтернативная энергетика и экология. 2010. Т.85. №5. С.13–20. – (Sivov, R.B. New hydrogen storage alloys based on ZrFe2 with high pressure of hydride dissociation / R.B. Sivov, T.A. Zotov, V.N. Verbetsky // Alternative energy and ecology. 2010. V.85. №5. P.13–20.)
  6. Фатеев, В.Н. Проблемы аккумулирования и хранения водорода / В.Н. Фатеев, О.К. Алексеева, С.В. Коробцев, Е.А. Серегина, Т.В. Фатеева, А.С. Григорьева, А.Ш. Алиев // Химические проблемы. 2018. №4. T.16. C.453–483. – (Fateev V.N. Problems of hydrogen accumulation and storage / V.N. Fateev, O.K. Alekseeva, S.V. Korobtsev, E.A. Seregina, T.V. Fateeva, A.S. Grigorieva, A.Sh. Aliev // Chem. problems. 2018. №4. V.16. P.453–483.)
  7. Куритнык, И.П. Материалы высокотемпературной термометрии / И.П. Куритнык, Г.С. Бурханов, Б.И. Стаднык. – М. : Металлургия, 1986. 207 c. –
(Kuritnyk, I.P. Materials of high-temperature thermometry / I.P. Kuritnyk, G.S. Burkhanov, B.I. Stadnyk. – Moscow : Metallurgy, 1986. 207 p.)
  8. Weiss, J.D. Pressure dependence of the thermoelectric power of sodium between 5 and 14K / J.D. Weiss, D. Lazarus // Phys. Rev. B. 1974. V.10. №2. P.456–473. DOI : 10.1103/PhysRevB.10.456.
  9. Mott, N.F. The resistance and thermoelectric properties of the transition metals / N.F. Mott. – L. : Proced. Royal. Soc., 1936. A156.368-382. http://doi.org/10.1098/rspa.1936.0154.
  10. Cusack, N. Absolute scale of thermoelectric power at high temperature / N. Cusack, P. Kendall // The Proceed. Phys. Soc. 1958. V.72. №5. P.898–901. DOI : 10.1088/0370-1328/72/5/429.
  11. Fokin, V.N. Reaction of the intermetallide ZrV2 with ammonia / V.N. Fokin, E.E. Fokina, B.P. Tarasov // Russian J. Inorg. Chem. 2012. V.57. Р.21–23.
  12. Пат. RU № 2759827. С1 МПК G01K 7/02 (2006.01), С01В 21/076 (2006.01). Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования / Ковалев И.А., Кочанов Г.П., Рубцов И.Д., Шокодько А.В., Чернявский А.С., Солнцев К.А. ; заявка № 2021103466 от 12.02.2021 г. Бюл. №32, опубл. 18.11.2021 г. – (Pat. RU № 2759827. C1 IPC G01K 7/02 (2006.01), C01B 21/076 (2006.01). A method for producing high-temperature ceramic thermoelectric transducers for high-temperature thermometry from nitrides of elements of the titanium and vanadium subgroups by the method of oxidative engineering / Kovalev I.A., Kochanov G.P., Rubtsov I.D., Shokodko A.V., Chernyavsky A.S., Solntsev K.A.; application №2021103466 dated 12.02.2021. Bull. №32, published on 11.18.2021.)
  13. Solntsev, K.A. Oxidative constructing of thin-walled ceramics (OCTWC) / K.A. Solntsev, E.M. Shustorovich, Y.A. Buslaev // Reports of the Acad. Sci. 2001. V.378. №4–6. Р.143–149.
  14. Солнцев, К.А. Окислительное конструирование тонкостенной керамики (ОКТК) выше температуры плавления металла : получение оксидных волокон из волокон Al и его сплава / К.А. Солнцев, Е.М. Шусторович, А.С. Чернявский, И.В. Дуденков // Докл. Акад. Наук. 2002. T.385. №3. C.372–377. – (Solntsev, K.A. Oxidative engineering of thin-walled ceramics (OCTWC) above the melting point of metal : production of oxide fibers from Al fibers and its alloy / K.A. Solntsev, E.M. Shustorovich, A.S. Chernyavsky, I.V. Dudenkov / Reports of the Acad. Sci. 2002. V.385. №3. P.372–377.)
  15. Кузнецов, К.Б. Структура и твердость керамики, полученной в процессе высокотемпературной нитридизации циркониевой фольги / К.Б. Кузнецов, К.А. Шашкеев, С.В. Шевцов, А.И. Огарков, Н.Н. Третьяков, М.П. Саприна, А.В. Костюченко, А.С. Чернявский, В.М. Иевлев, К.А. Солнцев // Неорган. матер. 2015. Т.51. №8. С.893–900. DOI : 10.7868/S0002337X15080126 –
(Kuznetsov, K.B. Structure and hardness of ceramics produced through high-temperature nitridation of zirconium foil / K.B. Kuznetsov, K.A. Shashkeev, S.V. Shevtsov, A.I. Ogarkov, N.N. Tretyakov, M.P. Saprina, A.V. Kostyuchenko, A.S. Chernyavskii, V.M. Ievlev, K.A. Solntsev // Inorg. Mater. 2015. V.51. №8. P.820–827. https://doi.org/10.1134/S0020168515080129.)
  16. Шевцов, С.В. Структурно-фазовые превращения и твердость керамики, получаемой в процессе высокотемпературной нитридизации циркония / С.В. Шевцов, А.И. Огарков, И.А. Ковалев, К.Б. Кузнецов, Д.В. Просвирнин, А.А. Ашмарин, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Журн. неорган. химии. 2016. Т.61. №12. С.1635–1639. DOI : 10.7868/S0044457X16120163. – (Shevtsov, S.V. Structural and phase transformations and hardness of ceramics produced by high-temperature zirconium nitriding / S.V. Shevtsov, A.I. Ogarkov, I.A. Kovalev, K.B. Kuznetsov, D.V. Prosvirnin, A.A. Ashmarin, A.S. Chernyavskii, K.A. Solntsev // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V.61. №12. P.1573–1577. https://doi.org/10.1134/S0036023616120160.)
  17. Ковалев, И.А. Фазовые превращения при высокотемпературной нитридизации сплавов Zr-Nb / И.А. Ковалев, С.В. Канныкин, А.А. Коновалов, Г.П. Кочанов, А.И. Огарков, Б.А. Тарасов, Д.П. Шорников, С.С. Стрельникова, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Неорг. матер. 2022. T.58. №4. С.382–388. DOI : 10.31857/S0002337X22040078. – (Kovalev, I.A. Phase transformations accompanying high-temperature nitridation of Zr-Nb alloys / I.A. Kovalev, S.V. Kannykin, A.A. Konovalov, G.P. Kochanov, A.I. Ogarkov, B.A. Tarasov, D.P. Shornikov, S.S. Strel’nikova, A.S. Chernyavskii, K.A. Solntsev // Inorg. Mater. 2022. V.58. №4. P.364–370. DOI : 10.1134/S0020168522040070.)
  18. Pshenichnaya, O.V. Effect of powder particle size on the sintering of zirconium nitride / O.V. Pshenichnaya, M.A. Kuzenkova, P.S. Kislyi // Powder Metall. Met. Ceram. 1979. V.18. P.882–887.
  19. Petrykina, Y.R. Hot pressing of transition metal nitrdes and their properties / Y.R. Petrykina, K.L. Shvedova // Powder Metall. 1972. V.11. №4. P.276–279.
  20. Powder Diffraction File. Alphabetical Index Inorganic Сompounds. – Pensilvania : ICPDS. 1997.
  21. Лякишев, Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Н.П. Лякишев. – М. : Машиностроение. 1996. T.3. С.397–399. – (Lyakishev, N.P. Diagrams of the state of binary metal systems. – Moscow : Mech. Eng. 1996. V.3. P.397–399.)
  22. Кузнецов, К.Б. Кинетика насыщения циркония азотом в процессе высокотемпературной нитридизации / К.Б. Кузнецов, И.А. Ковалев, В.Ю. Зуфман, А.И. Огарков, С.В. Шевцов, А.А. Ашмарин, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Неорг. матер. 2016. Т.52. №6. С.609–611. – (Kuznetsov, K.B. Kinetics of zirconium saturation with nitrogen during high-temperature nitridation / K.B. Kuznetsov, I.A. Kovalev, V.Y. Zufman, A.I. Ogarkov, S.V. Shevtsov, A.A. Ashmarin, A.S. Chernyavskii, K.A. Solntsev // Inorg. Mater. 2016. V.52. №6. P.558–560. DOI : 10.1134/S0020168516060078.)
  23. Ковалев, И.А. Нитридизация металлической пары Ti-V и оценка термоЭДС синтезированного керамического образца / И.А. Ковалев, Г.С. Дробаха, Г.П. Кочанов, А.Н. Рогова, А.И. Ситников, А.А. Половинкин, С.В. Шевцов, К.Ю. Дёмин, А.А. Ашмарин, С.Н. Хвостов, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Неорг. матер. 2023. Т.59. №12. P.1379–1390. https://doi.org/10.31857/S0002337X23120060. – (Kovalev, I.A. Nitridation of a Ti-V metal pair and evaluation of the thermoelectric power of the resultant ceramic / I.A. Kovalev, G.S. Drobakha, G.P. Kochanov, A.N. Rogova, A.I. Sitnikov, A.A. Polovinkin, S.V. Shevtsov, K.Yu. Demin, A.A. Ashmarin, S.N. Khvostov, A.S. Chernyavsky, K.A. Solntsev // Inorg. Mater. 2023. V.59. №12. P.1333–1344. DOI : 10.1134/S0020168523120063.)
  24. Ковалев, И.А. Нитридизация металлической пары Ti-Zr и оценка термоЭДС синтезированного керамического образца / И.А. Ковалев, Г.С. Дробаха, Г.П. Кочанов, А.Н. Рогова, А.И. Ситников, А.В. Шокодько, С.В. Шевцов, К.Ю. Дёмин, А.А. Ашмарин, А.И. Огарков, А.С. Чернявский, К.А. Солнцев // Металлы. 2024. №6. С.1–13. DOI : https://doi.org/10.31857/S0869573324061830. – (Kovalev, I.A. Nitridizatsiya metallicheskoy pary Ti-Zr i otsenka termoEDS sintezirovannogo keramicheskogo obraztsa / I.A. Kovalev, G.S. Drobakha, G.P. Kochanov, A.N. Rogova, A.I. Sitnikov, А.V. Shokodko, S.V. Shevtsov, K.Yu. Demin, A.A. Ashmarin, А.I. Ogarkov, A.S. Chernyavsky, K.A. Solntsev // Russian Metallurgy. 2024. Is.6. P.1–13. DOI : https://doi.org/10.31857/S0869573324061830.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© 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».