Механизм нитридизации биметаллической пары Zr-V

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или 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–y с 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–y с предельным составом Zr0,3V0,6N0,1.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Ковалев

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

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

Г. П. Кочанов

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

Т. Ю. Коломиец

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

Г. С. Дробаха

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

А. А. Ашмарин

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

К. Ю. Демин

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Чернявский

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

К. А. Солнцев

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

Email: vankovalskij@mail.ru
Россия, Москва

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
2. Фиг. 1. Оптическое изображение поверхности шлифа металлического спая (а) и карта распределения по поверхности поперечного шлифа концентраций элементов: б – Zr; в – V

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Фиг. 2. Оптическое изображение поверхности шлифа металлического спая в белом свете (а) и в дифференциально-интерференционном рельефном контрасте (б)

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Фиг. 3. Зависимость изменения электрического сопротивления R от длительности τ азотирования сплава ZrV2

Скачать (283KB)
Метаданные
5. Фиг. 4. Рентгеновские дифрактограммы поверхностей нитридизованной при 1900 °С в течение 300 мин системы Zr(а)-ZrV2(б)-V(в)

Скачать (427KB)
Метаданные
6. Фиг. 5. Рентгеновские дифрактограммы порошковых проб после нитридизации в течение 300 мин при 1900 °С: а – сплав ZrV2; б – область ветки индивидуального циркония вблизи сплава

Скачать (717KB)
Метаданные
7. Фиг. 6. Схема процесса нитридизации сплава ZrV2 (II) в системе Zr-ZrV2-V (I)

Скачать (506KB)
Метаданные
8. Фиг. 7. Карта распределения концентраций циркония и ванадия в сплаве после нитридизации в течение 10 (а, б), 100 (в, г), 200 (д, е) и 300 (ж, з) мин

Скачать (11MB)
Метаданные
9. Фиг. 8. Оптическое изображение центральной области сплава (а) после 300 мин нитридизации при 1900 °С и карта распределения по поверхности поперечного шлифа концентраций элементов: N (б), Zr (в) и V (г)

Скачать (4MB)
Метаданные
10. Формула

Скачать (27KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025