Кинетика высокотемпературной нитридизации твердых растворов Zr–Nb
- Авторы: Ковалев И.А.1, Кочанов Г.П.1, Зуфман В.Ю.1, Львов Л.О.1, Шевцов С.В.1, Демин К.Ю.1, Ситников А.И.1, Шокодько А.В.1, Стрельникова С.С.1, Чернявский А.С.1, Солнцев К.А.1
-
Учреждения:
- Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук
- Выпуск: Том 59, № 3 (2023)
- Страницы: 251-259
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140150
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23030089
- EDN: https://elibrary.ru/YSIIVM
- ID: 140150
Цитировать
Аннотация
Определены кинетические закономерности образования нитридов сплавов Zr–Nb (содержание Nb 0.1, 2.5 и 5 мас. %) при температуре 1900°C. Процесс азотирования характеризуется двухстадийностью, где обе стадии описываются экспоненциальным законом. Скорость химической реакции на второй стадии значительно меньше, чем на первой. Охарактеризован состав формирующихся гетероструктур Zr1–хNbхN–ZrN1–n/β-твердый раствор циркония в ниобии–Zr1–хNbхN, установлена последовательность нитридизации компонентов исходного сплава. На первой стадии процесса происходят образование α-твердого раствора азота в Zr и его переход в нестехиометрический нитрид. Кинетическая зависимость на второй стадии описывает нитридизацию фазы β-Nb, образовавшейся при распаде твердого раствора Zr〈Nb〉. Показано, что продолжительность второй стадии процесса определяется количеством ниобия в исходном твердом растворе. Экспериментально подтверждена возможность создания однофазной керамики с активными добавками нитридизацией сплавов Zr–М в одностадийном процессе с сохранением исходной формы металлической заготовки.
Об авторах
И. А. Ковалев
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
Г. П. Кочанов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
В. Ю. Зуфман
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
Л. О. Львов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
С. В. Шевцов
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
К. Ю. Демин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
А. И. Ситников
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
А. В. Шокодько
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
С. С. Стрельникова
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
А. С. Чернявский
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
К. А. Солнцев
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. БайковаРоссийской академии наук
Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, 119334, Москва, Ленинский пр., 49
Список литературы
- Кононов А.Г., Кукареко В.А., Белый А.В., Шаркеев Ю.П. Ионно-модифицированные субмикрокристаллические титановые и циркониевые сплавы для медицины и техники // Механика машин, механизмов и материалов. 2013. Т. 1. № 22. С. 47–53.
- Zhaoa Y., Lib H., Huanga Yu. The Structure, Mechanical, Electronic and Thermodynamic Properties of bcc Zr–Nb Alloy: A First Principles Study // J. Alloys Compd. 2021. V. 862. P. 158029. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158029
- Daniel C.S., Honniball P.D., Bradley L., Preuss M., Fonseca J.Q. Texture Development during Rolling of α + β Dual-Phase ZrNb Alloys // Zirconium in the Nuclear Industry: 18th Int. Symp. STP 1597. 2018. https://doi.org/10.1520/STP159720160070
- Соколенко В.И., Мац А.В., Мац В.А. Механические характеристики наноструктурированных циркония и цирконий-ниобиевых сплавов // Физика и техника высоких давлений. 2013. Т. 23. № 2. С. 96–102.
- Liua Ya., Yanga Yu., Donga D., Wanga J., Zhoua L. Improving Wear Resistance of Zr-2.5Nb Alloy by Formation of Microtextured Nitride Layer Produced Via Laser Surface Texturing/Plasma Nitriding Technology // Surf. Interfaces. 2020. V. 20. P. 100638. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100638
- Chernyavskii A.S. Synthesis of Ceramics Based on Titanium, Zirconium, and Hafnium Nitrides // Inorg. Mater. 2019. V. 55. № 13. P. 1303–1327. https://doi.org/10.1134/S0020168519130016
- Graziani T., Bellosi A. Densification and Char Acteristics of TiN Ceramics // J. Mater. Sci. Lett. 1995. V. 14. № 15. P. 1078–1081. https://doi.org/10.1007/BF00258170
- Bashlykov S.S., Demenyuk V.D., Grigor’ev E.G., Olevskii E.A., Yurlova M.S. Electropulse Consolidation of UN Powder // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2014. V. 5. № 3. P. 278–283. https://doi.org/10.1134/S2075113314030034
- Деменюк В.Д., Юрлова М.С., Лебедева Л.Ю., Григорьев Е.Г., Олевский Е.А. Методы электроимпульсной консолидации: альтернатива спарк-плазменному спеканию (обзор литературы) // Ядерная физика и инжиниринг. 2013. Т. 4. № 3. С. 195–239. https://doi.org/10.1134/S2079562913030019
- Смирнова Д.Е., Стариков С.В., Гордеев И.С. Исследование фазовых переходов и механизмов деформации в цирконии и сплавах цирконий-ниобий: Атомистическое моделирование. Сб. материалов VII Междунар. конф. “Деформация и разрушение материалов и наноматериалов” (7–10 ноября 2017 г.) М.: ИМЕТ РАН, 2017. 951 с.
- Белый А.В., Кононов А.Г., Кукареко В.А. Влияние ионно-лучевого азотирования на структурнофазовое состояние и триботехнические характеристики поверхностных слоев сплава Zr–2.5% Nb // Тр. БГТУ. 2016. № 2. С. 87–99.
- Pshenichnaya O.V., Kuzenkova M.A., Kislyi P.S. Effect of Powder Particle Size on the Sintering of Zirconium Nitride // Powder Metall. Met. Ceram. 1979. V. 18. P. 882–887.
- Petrykina Y.R., Shvedova K.L. Hot Pressing of Transition Metal Nitrdes and Their Properties // Poroshk. Metall. 1972. V. 11. № 4. P. 276–279.
- Solntsev K.A., Shustorovich E.M., Buslaev Y.A. Oxidative Constructing of Thin-Walled Ceramics (OCTWC) // Dokl. Chem. 2001. V. 378. № 4–6. P. 143–149.
- Солнцев К.А., Шусторович Е.М., Чернявский А.С., Дуденков И.В. Окислительное конструирование тонкостенной керамики (ОКТК) выше температуры плавления металла: получение оксидных волокон из волокон Ai и его сплава // Докл. Академии наук. 2002. T. 385. № 3. C. 372–377.
- Кузнецов К.Б., Шашкеев К.А., Шевцов С.В., Огарков А.И., Третьяков Н.Н., Саприна М.П., Костюченко А.В., Чернявский А.С., Иевлев В.М., Солнцев К.А. Структура и твердость керамики, полученной в процессе высокотемпературной нитридизации циркониевой фольги // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 8. С. 893–900. https://doi.org/10.7868/S0002337X15080126
- Шевцов С.В., Огарков А.И., Ковалев И.А., Кузнецов К.Б., Просвирнин Д.В., Ашмарин А.А., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Структурно-фазовые превращения и твердость керамики, получаемой в процессе высокотемпературной нитридизации циркония // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 12. С. 1635–1639. https://doi.org/10.7868/S0044457X16120163
- Ковалев И.А., Канныкин С.В., Коновалов А.А., Кочанов Г.П., Огарков А.И., Тарасов Б.А., Шорников Д.П., Стрельникова С.С., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Фазовые превращения при высокотемпературной нитридизации сплавов Zr–Nb // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 4. С. 382–388. https://doi.org/10.31857/S0002337X22040078
- Ushakov S.V., Navrotsky A., Hong Q-J., Walle A. Carbides and Nitrides of Zirconium and Hafnium // Materials. 2019. V. 12. № 17. P. 2728. https://doi.org/10.3390/ma12172728
- Kovalev I.A., Kochanov G.P., L’vov L.O., Shevtsov S.V., Kannikin S.V., Sitnikov A.N., Strel’nikova S.S., Chernyavskii A.S., Solntsev K.A. Compositional Evolution of Zirconium and Niobium in the Process of High-Temperature Nitridation of Zr–Nb Alloys // Mendeleev Commun. 2022. V. 32. № 4. P. 498–500. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2022.07.022
- Powder Diffraction File. Alphabetical Index Inorganic Compounds. Pensilvania: ICPDS. 1997.
- Бутягин П.Ю. Химическая физика твердого тела М.: Изд-во МГУ. С. 185.
- Кузнецов К.Б., Ковалев И.А., Зуфман В.Ю., Огарков А.И., Шевцов С.В., Ашмарин А.А., Чернявский А.С., Солнцев К.А. Кинетика насыщения циркония азотом в процессе высокотемпературной нитридизации // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 6. С. 609–611. https://doi.org/10.7868/S0002337X16060075
- Abriata J.P., Bolcich J.C. The Nb−Zr (Niobium−Zirconium) System // J. Phase Equilib. 1982. № 3 (1). P. 34–44.
- Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения: Справочник, 2–е изд. М.: Металлургия, 1976. 560 с.