Prediction of the thermal-physical properties of amorphous nickel alloys Ni2B, Ni44Nb56, Ni62Nb38 according to component data

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The replacement of traditional materials with amorphous alloys and the operation of products made from them are determined by the structural, temporal and temperature stability of disordered environments. In particular, the thermal stability of an amorphous alloy directly depends on its thermophysical characteristics. Therefore, the article demonstrates the applicability of the rule of mixing components and the use of their data on thermophysical properties in the crystalline state to evaluate similar characteristics of alloys from the metal – metalloid and transition metal – transition metal groups in the amorphous phase. It has been established that for the transition metal – transition metal group, the assessment of the heat capacity of amorphous nickel alloys gives a better approximation to the experimentally established values than for an alloy from the metal – metalloid group. The reasons for the discrepancy between the assessment and experimental data for an alloy from the metal – metalloid group are possibly the covalency of the atomic bonds in contrast to the metallic bond for alloys from the transition metal – transition metal group, the smaller size of the metalloid atoms, its greater mobility and the effect on the refinement of alloy grains. The possibility of an amorphous alloy inheriting some properties of one of the components is indicated, which requires experimental verification.

About the authors

S. V. Terekhov

Donetsk Institute of Physics and Technology A.A. Galkina

Author for correspondence.
Email: svlter@yandex.ru
Russian Federation, Donetsk

References

  1. Sheludyak Yu.Ye., Kashporov L.Ya., Malinin L.A., Tsalkov V.N. Teplofizicheskiye svojstva komponentov goryuchikh sistem [Thermophysical properties of components of combustible systems]. Moscow: NPO «Informatsiya i tekhniko-ekonomicheskiye issledovaniya». 1992. [In Russian].
  2. Babichev A.P., Babushkina N.A., Bratkovskiy A.M. i dr. Fizicheskiye velichiny [Physical quantities]: Spravochnik. Moscow: Energoatomizdat. 1991. [In Russian].
  3. Terekhov S.V. Teplovyye svoystva metallov [Thermal properties of metals]. Spravochnik. Donetsk: DonFTI im. A.A. Galkina. 2023. [In Russian].
  4. Panova G.Kh., Khlopkin M.N., Chernoplekov N.A., Shikov A.A. Vliyaniye amorfizatsii na elektronnuyu i kolebatel’nuyu teployemkost’ splava Ni2B [The influence of amorphization on the electronic and vibrational heat capacity of the Ni2B alloy] // Fizika tverdogo tela. 2002. 44. № 7. P. 1168–1173. [In Russian].
  5. Panova G.Kh., Syrykh G.F., Khlopkin M.N., Shikov A.A. Kolebatel’nyye i elektronnyye svoystva amorfnykh sistem Ni44Nb56, Ni62Nb38 i Cu33Zr67 (iz izmereniy teployemkosti) [Vibrational and electronic properties of amorphous systems Ni44Nb56, Ni62Nb38 and Cu33Zr67 (from heat capacity measurements)] // Fizika tverdogo tela. 2003. 45. № 4. P. 577–581. [In Russian].
  6. Gavrichev K.S., Gorbunov V.E., Sharpataya G.A. i dr. Termodinamicheskie svojstva splava Ni0.333Zr0.667 v amorfnom i kristallicheskom sostoyaniyah [Thermodynamic properties of the Ni0.333Zr0.667 alloy in amorphous and crystalline states] // Neorganicheskie materialy. 2004. 40. № 6. P. 703–708. [In Russian].
  7. Gavrichev K.S., Golushina L.N., Gorbunov V.E. i dr. Teploemkost’ i absolyutnaya entropiya splavov Ni–Zr [Heat capacity and absolute entropy of Ni–Zr alloys] // Doklady Akademii nauk. 2003. 393. № 5. P. 639–643. [In Russian].
  8. Smith J.F., Jiang Q., Lück R., Predel B. The heat capacities of solid Ni–Zr alloys and their relationship to the glass transition // Journal of Phase Equilibria. 1991. 12. № 5. P. 538–545.
  9. Terekhov S.V. Prognozirovanie teplofizicheskogo povedeniya amorfnyh splavov Ni0.333Zr0.667 i La80Al20 po svojstvam metallov [Prediction of the thermophysical behavior of amorphous alloys Ni0.333Zr0.667 and La80Al20 based on the properties of metals] // Rasplavy (Melts). 2023. № 5. P. 479–490. [In Russian].
  10. Gerasimov Ya.I., Gejderih V.A. Termodinamika rastvorov [Thermodynamics of solutions]. Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta. 1980. [In Russian].
  11. Kontogeorgis G., Folas G. Thermodynamic models for industrial applications: from classical and advanced mixing rules to association theories. Wiley. 2010.
  12. Kingeri W.D. Vvedeniye v keramiku [Introduction to ceramics]. Moscow: Stroyizdat. 1967. [In Russian].
  13. Popel P.S., Sidorov V.E., Brodova I.G. i dr. Vliyanie termicheskoj obrabotki isxodnogo rasplava na strukturu i svojstva kristallicheskix slitkov ili otlivok [Effect of heat treatment of the initial melt on the structure and properties of crystalline ingots or castings] // Rasplavy (Melts). 2020. № 1. P. 3–36. [In Russian].
  14. Popel P.S., Sidorov V.E., Kal`vo-Dal`borg M. i dr. Vliyanie termicheskoj obrabotki zhidkogo splava na ego svojstva v rasplavlennom sostoyanii i posle amorfizacii [Effect of heat treatment of liquid alloy on its properties in the molten state and after amorphization] // Rasplavy (Melts). 2020. № 3. P. 223–245. [In Russian].
  15. Bel`tyukov A.L., Rusanov B.A., Yagodin D.A. i dr. Relaksaciya v amorfiziruyushhemsya rasplave Al–La [Relaxation in the amorphizing Al–La melt] // Rasplavy (Melts). 2022. № 5. P. 485–493. [In Russian].
  16. Rusanov B.A., Sidorov V.E., Petrova S.A. i dr. Vliyanie redkozemel`ny`x metallov na plotnost` splava Co–Fe–Si–B–Nb v kristallicheskom i zhidkom sostoyaniyax [Influence of rare earth metals on the density of Co-Fe-Si-B-Nb alloy in crystalline and liquid states] // Rasplavy (Melts). 2021. № 4. P. 432–440. [In Russian].
  17. Uspenskaya I.A., Druzhinina A.I., Zhiryakova M.V. i dr. Zadachi praktikuma po fizicheskoj ximii. Raschet termodinamicheskix funkcij po rezul`tatam izmerenij teploemkosti metodom adiabaticheskoj vakuumnoj kalorimetrii [Objectives of the workshop in physical chemistry. Calculation of thermodynamic functions based on the results of heat capacity measurements by the method of adiabatic vacuum calorimetry]. Moscow: MGU. 2019. [In Russian].
  18. Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Fizika tverdogo tela. [Solid State Physics]. Moscow: Vysshaya shkola. 2000. [In Russian].
  19. Landau L.D., Lifshicz E.M. Statisticheskaya fizika. [Statistical physics]. Moscow: Fizmatlit. 2002. [In Russian].
  20. Rexviashvili S. Sh. K voprosu o teploemkosti nanokristallicheskix veshhestv [To the question of heat capacity of nanocrystalline substances] // Technical Physics Letters. 2004. 30. № 22. P. 65–69. [In Russian].
  21. Kuzneczov V.M., Khromov V.I. Fraktal`noe predstavlenie teorii Debaya dlya issledovaniya teploemkosti makro- i nanostruktur [Fractal representation of Debye theory for the study of heat capacity of macro- and nanostructures] // Technical Physics. 2008. 78. № 11. P. 11–16. [In Russian].
  22. Aliev I.N., Reznik S.V., Yurchenko S.O. O fraktonnoj modeli teplovy`x svojstv nanostruktur [On fraction model of thermal properties of nanostructures] // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2008. № 4. P. 54–61. [In Russian].
  23. Rexviashvili S. Sh. Teploemkost` tverdykh tel fraktal`noj struktury s uchetom angarmonizma kolebanij atomov [Heat capacity of solids of fractal structure taking into account anharmonicity of atomic vibrations] // Technical Physics. 2008. 78. № 12. P. 54–58. [In Russian].
  24. Dorogokupets P.I., Sokolova T.S., Danilov B.S., Litasov K.D. Near-absolute equations of state of diamond, Ag, Al, Au, Cu, Mo, Nb, Pt, Ta, and W for quasi-hydrostatic conditions // Geodyn. & Tectonophys. 2012. 3. № 2. P. 129–166.
  25. Gamsjӓger H., Bugajski J., Gajda T. et al. Errata for the 2005 review on the chemical thermodynamics of nickel. In: Mompean F.J., Illemassune M. (Eds.) Chemical Thermodynamics. Vol. 6. Nuclear Energy Agency Data Bank. The Netherlands. Amsterdam: Elsevier. 2005.
  26. Brandt N.B., Kul`bachinskij V.A. Kvazichasticy v fizike kondensirovannogo sostoyaniya. [Quasiparticles in condensed matter physics]. Moscow: Fizmatlit. 2005. [In Russian].
  27. Khodakovskij I.L. O novykh poluempiricheskikh uravneniyakh temperaturnoj zavisimosti teploemkosti i ob``emnogo koefficienta termicheskogo rasshireniya mineralov [About new semi-empirical equations of temperature dependence of heat capacity and volume coefficient of thermal expansion of minerals] // Vestnik ONZ RAN. 2012. 4. NZ9001. [In Russian].
  28. Saunders N., Miodownik A.P. CALPHAD (calculation of phase diagrams): a comprehensive guide, V. 1. Pergamon: Elsevier Science Ltd, 1998.
  29. Lukas H.L., Fries S.G., Sundman B. Computational thermodynamics: The Calphad method. Cambridge: Cambridge university press the Edinburgh building. 2007.
  30. Gilev S.D. Maloparametricheskoe uravnenie sostoyaniya alyuminiya [Small-parameter equation of state of aluminum] // High Temperature. 2020. 58. № 2. C. 179–187.
  31. Terekhov S.V. Termodinamicheskaya model’ razmytogo fazovogo perekhoda v metallicheskom stekle Fe40Ni40P14B6. [Thermodynamic model of a diffuse phase transition in metallic glass Fe40Ni40P14B6] // Fizika i tekhnika vysokih davlenij. 2018. 28. № 1. P. 54–61. [In Russian].
  32. Terekhov S.V. Teplovye svojstva veshchestva [Thermal properties of matter] // Fizika i tekhnika vysokih davlenij. 2022. 32. № 3. P. 21–34. [In Russian].
  33. Terekhov S.V. Raschet bazisnoj linii teploemkosti veshchestva v modeli dvuhfaznoj oblasti pri otsutstvii fazovyh i drugih perekhodov. [Calculation of the base line of the heat capacity of a substance in the model of a two-phase region in the absence of phase and other transitions] // Neorganicheskie materialy. 2023. 59. № 4. P. 468–472. [In Russian].
  34. Zinov’ev V.E. Teplofizicheskie svojstva metallov pri vysokih temperaturah. [Thermophysical properties of metals at high temperatures] Moscow: Metallurgiya. 1989. [In Russian].
  35. Novickij L.A., Kozhevnikov I.G. Teplofizicheskie svojstva materialov pri nizkih temperaturah. Spravochnik. [Thermophysical properties of materials at low temperatures. Directory]. Moscow: Mashinostroenie. 1975. [In Russian].
  36. Termodinamicheskie svojstva individual`nykh veshhestv [Thermodynamic properties of individual substances] ChemNet (Russia). Available at: https://www.chem.msu. su/Zn/ (accessed 27.06.2024).
  37. NIST-JANAF Thermochemical Tables. NIST Standard Reference Database 13. Available at: https://janaf.nist.gov/ (accessed 27.06.2024). https://doi.org/10.18434/T42S31.
  38. Peleckij V.E., Chehovskoj V. Ya., Bel’skaya E.A. i dr. Teplofizicheskie svojstva titana i ego splavov. Spravochnik. [Thermophysical properties of titanium and its alloys. Directory] / Moscow: Metallurgiya. 1985. [In Russian].
  39. Spivak L.V. Kalorimetricheskie effekty pri kristallizacii amorfnogo splava Nb60Ni40. [Calorimetric effects during crystallization of the amorphous alloy Nb60Ni40] // Vestnik Permskogo universiteta. 2015. № 1(29). P. 60–64. [In Russian].
  40. Spivak L.V., Shchepina N.E. Kalorimetricheskie effekty pri strukturno-fazovyh prevrashcheniyah v metallah i splavah [Calorimetric effects during structural-phase transformations in metals and alloys] // Fizika metallov i metallovedenie. 2020. 121. № 10. P. 1059–1087. [In Russian].
  41. Stas’ N.F. Spravochnik dlya izuchayushchih obshchuyu i neorganicheskuyu himiyu. [Handbook for students of general and inorganic chemistry] Rotaprint. Tomsk: TPU. 1998. [In Russian].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».