Синхротронное излучение в решении задач оптимизации свойств порошков алюминия в качестве металлических горючих и сырья для аддитивных технологий

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрены результаты исследований реакционной активности и особенностей фазообразования в процессе окисления порошков на основе алюминия методами ТГ (термогравиметрии), ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии) и рентгеновской дифракции синхротронного излучения непосредственно в процессе программируемого нагрева. Показано, что совместное применение термического и фазового анализов с использованием синхротронного излучения, позволяет получить представление о механизме быстро протекающих процессов окисления, ускорить процесс выбора модификаторов для оптимизации свойств дисперсных систем на основе алюминия и технологических параметров синтеза материалов с управляемыми свойствами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Еселевич

Институт химии твердого тела УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: diablohulk@gmail.com
Россия, Екатеринбург

В. Г. Шевченко

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: diablohulk@gmail.com
Россия, Екатеринбург

З. С. Винокуров

ЦКП “СКИФ” Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН

Email: diablohulk@gmail.com
Россия, Наукоград

Б. П. Толочко

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН; Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: diablohulk@gmail.com
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Список литературы

  1. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 432 с.
  2. Korotkikh A.G., Sorokin I.V., Arkhipov V.A. // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2022. V. 58. № 4. P. 42.
  3. Becksted M.W. A Summary of Aluminum Combustion // RTO/VKI Special Course on “Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion”, 2004. RTO-EN-023.
  4. Glotov O.G. // Progress in Aerospace Sciences. 2023. V. 143. P. 1.
  5. Кононенко В.И., Шевченко В.Г. Физикохимия активации дисперсных систем на основе алюминия. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 238 с.
  6. Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Латош И.Н. // ФГВ. 1994. Т. 30. № 5. С. 142.
  7. Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Буланов М.А. и др. // ФГВ. 1998. Т. 34. № 1. С. 45.
  8. Шевченко В.Г. // ФГВ. 2011. Т. 47. № 2. С. 45.
  9. Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Чураев А.В. и др. // Хим. Физика. 2005. Т. 24. № 8. С. 92.
  10. Золотарев К.В., Анчаров А.И., Винокуров З.С. и др. // Изв. РАН 2023. Т. 87. № 5. С. 614.
  11. Scherrer P. // Nachrichten Von Ges. Wiss. Zu Gött. Math.-Phys. K1. 1919. V. 2. P. 98.
  12. Алферов Д.Ф., Башмаков Ю.А., Черенков П.А // Успехи физ. наук. 1989. Т. 157. № 3. С. 389.
  13. Coppens P. Synchrotron Radiation Crystallography. London, San Diego: Academic Press, 1992. 316 p.
  14. Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Kutovenko V.D. et. al. // Nuclear Instruments Methods Physics Research A. 2009. V. 603. P. 76.
  15. Ancharov A.I., Manakov A.Yu., Mezentsev N.A. et al. // Nucl. Inst. Meth. A. 2001. V. 470. № 12. P. 80.
  16. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 19.
  17. Gates-Rector S., Blanton T. // Powder Diffraction. 2019. V. 34. № 4. P. 1.
  18. Rietveld H. // J. Appl. Crystallogr. 1969. V. 2. P. 65.
  19. Шевченко В.Г., Кузнецов М.В., Бибанава С.А. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2012. Т. 48. № 6. С. 540.
  20. Лякишев П.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: в 3 т: Т. 1. М.: Машиностроение, 1997. 992 с.
  21. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Анчаров А.И. и др. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 5. С. 39.
  22. Шевченко В.Г., Кузнецов М.В., Конюкова А.В. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49. № 6. С. 649.
  23. Шевченко В.Г., Булатов М.А., Кононенко В.И. и др. Влияние свойств поверхностного слоя оксида на окисление порошков алюминия. М.: Порошковая металлургия, 1988. № 2. С. 1.
  24. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Анчаров А.И. и др. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 6. С. 28.
  25. Гребенщиков И.В. Диаграммы состояния тугоплавких оксидов: Справочник: Вып. 5. Двойные системы. Ч. 1. Л.: Наука, 1985. 284 с.
  26. Tamman G. Lehrbuch der Metallkunde des Eisens und der Nichteisenmetalle. Springer-Verlag, 1929. 250 p.
  27. Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. Ч. 1. М.: Изд-во Иностр. лит., 1963. 415 с.
  28. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. // Хим. Физика. 2014. Т. 33. № 10. С. 10.
  29. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. Способ активации порошка алюминия. Патент РФ № 2509790. 20.03.2014.
  30. Shevchenko V.G., Eselevich D.A., Popov N.A. et al. // Intern. J. of Engineering Research & Science. 2018. V. 4. № 4. P. 18.
  31. Коротких А.Г. Влияние дисперсности порошка алюминия на процессы зажигания и нестационарного горения гетерогенных конденсированных систем. Дис. … д. ф.-м. н. Томск, 2012. 302 с.
  32. Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 5. С. 70.
  33. Sharipova N.S., Ksandopulo G.I. // Combustion, Explosion, and Shock Waves, 1997. V. 33. P. 659.
  34. Yen N.H., Wang L.Y. // Propellants Explos. Pyrotech. 2012. V. 37. P. 143.
  35. Ромоданова Л.Д., Похил П.Ф., Каданер Э.С. // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 3. С. 330.
  36. Woo K.D., Kim J.H., Kwon E.P. et al. // Met. Mater. Int. 2010. V. 16. P. 213.
  37. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Винокуров З.С. и др. // Там же. 2019. Т. 55. № 3. С 50.
  38. Fargeot D., Mercurio D., Dauger A. // Material Chemistry and Physics. 1990. V. 24. P. 299.
  39. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Попов Н.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54. № 1. С. 65.
  40. Андриевский Р.А., Хачоян А.В. Роль размерных эффектов и поверхностей раздела в физико-химических свойствах консолидированных наноматериалов. М.: Рос. хим. журн. 2009. Т. 52. № 2. С. 4.
  41. Русанов А.И. Коллоидно-химические аспекты нанонауки. Минск: Наноструктурные материалы. Получение, свойства, применение. 2009. С. 71.
  42. Акашев Л.А., Попов Н.А., Кузнецов М.В. и др. // Журн. физ. Химии. 2015. Т. 89. № 5. С. 287.
  43. Мальцев В.М., Брейтер А.Л., Попов Е.Н. и др. О некоторых закономерностях горения дисперсных металлов в конденсированных системах. Львов: Физика конденсированных систем, 1989. № 32. С. 77.
  44. Rietveld A. Extended Program to Perform the Combined Analysis: Diffraction, Fluorescence and Reflectivity data Using X-ray, Neutron, TOF or Electrons // Access mode: http://maud.radiographema.eu.
  45. Open-access collection of crystal structures of organic, inorganic, metal-organic compounds and minerals, excluding biopolymers // Access mode: http://www.crystallography.net.
  46. Dabrowska G., Tabero P., Kurzawa M.J. // Phase Equilibria and Diffusion.2009. V. 30. № 3. P. 220.
  47. Shevchenko V., Eselevich D., Krasilnikov V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 330.
  48. Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 1. С. 25.
  49. Красильников В.Н., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. Способ получения формиата железа (II). Патент РФ № 2670440. 23.10.2018.
  50. Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2020. Т. 56. № 2. С. 37.
  51. Yey X., Liny D., Jiaoz Z. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. V. 31. P. 2739.
  52. Wang Y., Song I., Jiang W. et al. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China., 2014. V. 24. P. 263.
  53. Duraes L., Costa D.F.O., Santos R. et al. // Mater. Sci. Eng. A. 2007. V. 465. P. 199.
  54. Liu Y., Qian Q., Xu C. et al. // Asian J. Chem. 2013. V. 25. P. 5550.
  55. Monogarov K.A., Pivkina A.N., Grishin L.I. et al. // Acta Astronautica. 2017. V. 135. P. 69.
  56. Kruth J.P., Levy G., Klocke F. et al. // Ann CIRP. 2007. V. 56. № 2. P. 730.
  57. Kruth J.P., Mercelis P., Van Vaerenbergh J. et al. // Rapid Prototype J. 2005. V. 11. № 1. P. 26.
  58. Евгенов А.Г., Базылева О.А., Королев В.А. и др. // Авиационные материалы и технологии. 2016. Т. 43. № S1. С. 31.
  59. Dadbakhsh S., Hao L. // J. Alloy Comp. 2012. V. 541. P. 328.
  60. Dadbakhsh S., Hao L. // Adv. Eng. Mater. 2012. V. 14. № 1–2. P. 45.
  61. Ghosh S.K., Bandyopadhyay K., Saha P. // Mater. Charact. 2014. V. 93. P. 68.
  62. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. // Физикохимия поверхности и защита материала, 2023. Т. 59. № 4. С. 405.
  63. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Бакланов М.Н. Способ получения порошка на основе алюминия для 3D-печати. Патент РФ № 2754258. 31.08.2021.
  64. Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Попов Н.А. и др. // Физическая химия. 2023. Т. 97. № 10. С. 1528.
  65. Safarik D.J., Klimczuk T., Llobet A. et. al // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 1. P. 014103.
  66. Maas J., Bastin G., Loo F.V. et al. // Intern. J. of Materials Research, 1983. V. 74. № 5. P. 294.
  67. Shevchenko V.G., Eselevich D.A., Popov N.A. et al. // Physics of Metallography. 2024. V. 125. № 5. P. 555.
  68. Филиппов М.А., Бараз В.Р., Гервасьев М.А. Методология выбора металлических сплавов и упрочняющих технологий в машиностроении: учебное пособие: в 2 т. Т. II. Цветные металлы и сплавы. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2013. 236 с.
  69. Бродова И.Г., Чикова О.А., Петрова А.Н. и др. // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. № 11. С. 1204.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограмма сплава Al–Ca при 500 (а), 750 (б), 1000°C (в).

Скачать (329KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограммы порошка сплава Al–Ba при температурах 500 (а), 650 (б), 750 (в), 1000°C (г).

Скачать (505KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограммы исходного порошка Al при температурах 500 (а), 660 (б), 1000°C (в).

Скачать (292KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые ТГ сплавов Al–1.3% Ca (а) и Al–1.3% Ba (б) с обозначением эволюции фазообразования.

Скачать (298KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дифрактограммы Al, модифицированного V2O5∙nH2O, при температуре 500 (а), 650 (б), 900 (в), 1100°C (г).

Скачать (505KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Серия дифрактограмм системы Al–V2O5 при 600–672°C.

Скачать (332KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Серия дифрактограмм системы Al–V2O5 при 672–744 (а) и 744–798 (б) °C.

Скачать (612KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Дифрактограмма Al, модифицированного V2O5∙nH2O, при 600°C.

Скачать (222KB)
Метаданные
10. Рис. 9. ТГ Al: 1 – модифицированного V2O5∙nH2O; 2 – исходный.

Скачать (212KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Дифрактограммы Al, модифицированного NH4VO2, при температуре: 30 (а), 200 (б), 500 (в), 670 (г), 870 (д), 1100°C (е).

Скачать (333KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Кривые ТГ модифицированного порошка Al: 1 – V2O5∙nH2O; 2 – NH4VO3+HOCH2CH2OH.

Скачать (116KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Дифрактограммы модифицированных порошков Al с содержанием 1, 5 и 10 мас. % Fe, полученных путем пропитки гелем Fe(OH)(HCOO)2 и нагревания на воздухе до 350°C методом СИ.

Скачать (226KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Кривые ТГ и ДТА Fe(OH)(HCOO)2.

Скачать (128KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Дифрактограммы модифицированного порошка алюминия, с содержанием железа 10 мас. %.

Скачать (207KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Зависимости фазового состава от температуры для образца Al + 10% Fe при нагревании на воздухе от комнатной температуры до 1000°C.

Скачать (207KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Кривые ТГ и ДСК порошков Al, исходного (а) и модифицированного гелем Fe(OH)(HCOO)2, содержание Fe2O3 = 1 (б), 5 (в) и 10 мас. % (г).

Скачать (539KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Дифрактограмма исходного образца Al–2.3% V и модельные дифрактограммы алюминия Al и интерметаллидов Al10V и Al3V.

Скачать (260KB)
Метаданные
19. Рис. 18. Карты дифракционной интенсивности от угла дифракции и температуры для образца Al–2.3% V в потоке синтетического воздуха: а) при нагреве со скоростью 10°C/мин.; б) при охлаждении со скоростью 30°C/мин.

Скачать (700KB)
Метаданные
20. Рис. 19. Кривые ТГ и ДСК первичного Al и сплава Al–2.3% V при скорости нагрева: 10 (а), 50°C/мин (б).

Скачать (407KB)
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».