Азотирование железа в условиях термического сопряжения процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: фазовый и элементный состав, магнитные свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В условиях термического сопряжения процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проведено прямое азотирование порошков карбонильного железа микронного размера со сферической формой частиц. Для азотирования железа использовали мочевину. Продукты азотирования являются композиционными материалами на основе фаз α-Fe, ε-Fe3Nx, Fe3C и Fe4N. Методами рентгенофазового и химического анализов показано, что при содержании мочевины более 15 мас. % в смеси с железом образуется карбонитрид железа ε-Fe3NxC1-x, в котором атомы азота в кристаллической решетке ε-Fe3Nx частично замещены углеродом. Продукты азотирования железа являются магнитомягкими ферромагнитными материалами и обладают высокими значениями удельной намагниченности от 142 до 157 эме/г.

Об авторах

Т. В Баринова

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: tbarinova@ism.ac.ru

Е. И Волченко

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: volchenko_ei@ism.ac.ru

Ю. Г Морозов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: volchenko_ei@ism.ac.ru

Г. Р Нигматуллина

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: volchenko_ei@ism.ac.ru

В. Н Семенова

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: volchenko_ei@ism.ac.ru

М. И Алымов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: volchenko_ei@ism.ac.ru

член-корреспондент РАН

Черноголовка, Российская Федерация

Список литературы

  1. Zhao N. et al. Synthesis, structure and magnetic properties of Fe3N nanoparticles // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. Springer New York LLC. 2017. V. 28. № 20. P. 15 701–15 707.
  2. Bhattacharyya S. Iron nitride family at reduced dimensions: A review of their synthesis protocols and structural and magnetic properties // J. Physical Chemistry C. American Chemical Society. 2015. V. 119. № 4. P. 1601–1622.
  3. Prikhna T.O. et al. Properties and Applications of Iron Oxide Nanopowders Produced by Electroerosion Dispersion // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. Springer. 2022. V. 61. № 3–4. P. 155–161.
  4. Kurian S., Gajbhiye N.S. Low temperature and in-field Mössbauer spectroscopic studies of ε-Fe3N particles synthesized from iron-citrate complex // Chem Phys Lett. 2010. V. 493. № 4–6. P. 299–303.
  5. Zieschang A.M. et al. Nanoscale Iron Nitride, ε-Fe3N: Preparation from Liquid Ammonia and Magnetic Properties // Chemistry of Materials. American Chemical Society. 2017. V. 29. № 2. P. 621–628.
  6. Atiq S. et al. HR 08 Epitaxial Growth and Magnetic Characterization of γ’-Fe4N Thin Films. 2015.
  7. Wang L.L. et al. Structural and magnetic properties of nanocrystalline Fe–N thin films and their thermal stability // J. Alloys Compd. Elsevier. 2007. V. 443. № 1–2. P. 43–47.
  8. Wriedt H.A., Gokcen N.A., Nafziger R.H. The Fe-N (Iron-Nitrogen) system // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. Springer US. 1987. V. 8. № 4. P. 355–377.
  9. Li S.J. et al. Characterization of cementite films prepared by electron-shower-assisted PVD method // Thin Solid Films. Elsevier. 1998. V. 316. № 1–2. P. 100–104.
  10. Dobrzański L.A. et al. Tribological properties of the PVD and CVD coatings deposited onto the nitride tool ceramics // J. Mater Process Technol. Elsevier. 2006. V. 175. № 1–3. P. 179–185.
  11. Widenmeyer M., Hansen T.C., Niewa R. Formation and decomposition of metastable α′′-Fe 16N2 from in situ powder neutron diffraction and thermal analysis // Z. Anorg Allg Chem. 2013. V. 639. № 15. P. 2851–2859.
  12. Li J. et al. Synthesis of fine α-Fe16N2 powders by low-temperature nitridation of α-Fe from magnetite nanoparticles // AIP Adv. American Institute of Physics Inc. 2016. V. 6. № 12.
  13. Ковалев Е.П. и др. Низкотемпературный синтез микронных порошков нитридов системы Fe-N // Перспективные материалы. 2013. № 7. С. 61–66.
  14. Крупицкий В. А. Основы термической обработки. Л.: Лениздат, 1959. 121 с.
  15. Азотирование порошка железа в режиме СВС // Металлы. 2024. № 4. С. 35–40. doi: 10.31857/S0869573324043540
  16. Barinova T.V. et al. Direct Nitriding of Iron Powder by means of Chemical Oven Technique // Intern. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Allerton Press, Inc. 2025. V. 34. № 2. P. 89–94.
  17. Petrova L.G. Control of Phase Composition of Nitrided Layers in Multicomponent Alloys // Termicheskaya Obrabotka Metallov. 2002. № 4. P. 13–19.
  18. Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов. M.: Металлургия, 1985. 256 с.
  19. Petrícek V., Dušek M., Palatinus L. Crystallographic computing system JANA2006: General features // Zeitschrift fur Kristallographie. R. Oldenbourg Verlag GmbH, 2014. V. 229. № 5. P. 345–352.
  20. Schaber P.M. et al. Thermal decomposition (pyrolysis) of urea in an open reaction vessel // Thermochim Acta. 2004. V. 424. № 1–2. P. 131–142.
  21. Zhang G. et al. Polycondensation of thiourea into carbon nitride semiconductors as visible light photocatalysts // J. Mater Chem. 2012. V. 22. № 16. P. 8083–8091.
  22. Woehrle T., Leineweber A., Mittemeijer E.J. Multicomponent interstitial diffusion in and thermodynamic characteristics of the interstitial solid solution ε-Fe3(N, C)1+x: Nitriding and nitrocarburizing of pure α-Iron // Metall Mater Trans A Phys Metall Mater Sci. Springer. 2013. V. 44. № 6. P. 2548–2562.
  23. Rounaghi S.A. et al. Synthesis, characterization and thermodynamic stability of nanostructured ε-iron carbonitride powder prepared by a solid-state mechanochemical route // J. Alloys Compd. Elsevier Ltd, 2019. V. 778. P. 327–336.
  24. Ye Z. et al. Iron Carbides and Nitrides: Ancient Materials with Novel Prospects // Chemistry – A European Journal. Wiley-VCH Verlag, 2018. V. 24. № 36. P. 8922–8940.
  25. Zhao X. et al. Synthesis and characterization of iron carbonitride ultrafine particles // J. Appl Phys. 1996. V. 79. P. 7911–7915.
  26. Takahashi N., Toda Y., Nakamura T. Preparation of FeN thin films by chemical vapor deposition using a chloride source // Materials Letters – MATER LETT. 2000. V. 42. P. 380–382.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).