Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Động học của quá trình nitrat hóa ở nhiệt độ cao của các dung dịch rắn Zr–Nb
Tóm tắt
Chúng tôi đã trình bày các khía cạnh động học tổng thể của quá trình hình thành nitrua của hợp kim Zr–Nb (chứa 0.1, 2.5 và 5 wt % Nb) ở nhiệt độ 1900°C. Quá trình nitrat hóa đã được chứng minh có tính chất hai giai đoạn, với cả hai giai đoạn đều có định luật tốc độ theo hàm mũ. Tốc độ phản ứng ở giai đoạn thứ hai thấp hơn đáng kể so với giai đoạn đầu tiên. Chúng tôi đã xác định được thành phần của các cấu trúc dị thể thu được có dạng Zr1–хNbхN–ZrN1–n / dung dịch rắn β của zircon trong niobium (Zr1–хNbхN) và xác định được thứ tự nitrat hóa của các thành phần trong hợp kim đầu vào. Giai đoạn đầu tiên của quá trình là sự hình thành dung dịch rắn α của nitơ trong Zr và sự chuyển đổi của nó thành nitrua không phân tử. Đường cong động học của giai đoạn thứ hai mô tả quá trình nitrat hóa của pha β-Nb hình thành từ sự phân hủy của dung dịch rắn Zr〈Nb〉. Thời gian của giai đoạn thứ hai của quá trình đã được chứng minh là phụ thuộc vào lượng niobium trong dung dịch rắn ban đầu. Bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng quá trình nitrat hóa một giai đoạn của hợp kim Zr–M có thể được sử dụng để sản xuất gốm chịu nhiệt đơn pha chứa các phụ gia hoạt tính và có hình dạng của phôi kim loại ban đầu.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Kononov, A.G., Kukareko, V.A., Belyi, A.V., and Sharkeev, Yu.P., Ion-modified submicrocrystalline titanium and zirconium alloys for medical and engineering applications, Mekh. Mashin, Mekh. Mater., 2013, vol. 1, no. 22, pp. 47–53.
Zhaoa, Y., Lib, H., and Huanga, Yu., The structure, mechanical, electronic and thermodynamic properties of bcc Zr–Nb alloy: a first principles study, J. Alloys Compd., 2021, vol. 862, p. 158029. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158029
Daniel, C.S., Honniball, P.D., Bradley, L., Preuss, M., and 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
Sokolenko, V.I., Mats, A.V., and Mats, V.A., Mechanical characteristics of nanostructured zirconium and zirconium–niobium alloys, Fiz. Tekh. Vys. Davlenii, 2013, vol. 23, no. 2, pp. 96–102.
Liua, Ya., Yanga, Yu., Donga, D., Wanga, J., and 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, vol. 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, vol. 55, no. 13, pp. 1303–1327. https://doi.org/10.1134/S0020168519130016
Graziani, T. and Bellosi, A., Densification and characteristics of TiN ceramics, J. Mater. Sci. Lett., 1995, vol. 14, no. 15, pp. 1078–1081. https://doi.org/10.1007/BF00258170
Bashlykov, S.S., Demenyuk, V.D., Grigor’ev, E.G., Olevskii, E.A., and Yurlova, M.S., Electropulse consolidation of UN powder, Inorg. Mater.: Appl. Res., 2014, vol. 5, no. 3, pp. 278–283. https://doi.org/10.1007/BF00258170
Demenyuk, V.D., Yurlova M.S., Lebedeva, L.Yu., Grigor’ev, E.G., and Olevskii, E.A., Electric discharge consolidation methods: an alternative to spark plasma sintering (literature survey), Yad. Fiz. Inzh., 2013, vol. 4, no. 3, pp. 195–239. https://doi.org/10.1134/S2079562913030019
Smirnova, D.E., Starikov, S.V., and Gordeev, I.S., Phase transitions and deformation mechanisms in zirconium and zirconium–niobium alloys: atomistic simulations, Sbornik materialov VII mezhdunarodnoi konferentsii “Deformatsiya i razrushenie materialov i nanomaterialov” (Proc. VII Int. Conf. Deformation and Fracture of Materials and Nanomaterials), Moscow: Inst. Metallurgii Ross. Akad. Nauk, 2017.
Belyi, A.V., Kononov, A.G., and Kukareko, V.A., Effect of ion-beam nitridation on structural and phase states and frictional characteristics of surface layers of Zr–2.5% Nb alloy, Tr. BGTU, 2016, no. 2, pp. 87–99.
Pshenichnaya, O.V., Kuzenkova, M.A., and Kislyi, P.S., Effect of powder particle size on the sintering of zirconium nitride, Powder Metall. Met. Ceram., 1979, vol. 18, pp. 882–887.
Petrykina, Y.R. and Shvedova, K.L., Hot pressing of transition metal nitrides and their properties, Poroshk. Metall., 1972, vol. 11, no. 4, pp. 276–279.
Solntsev, K.A., Shustorovich, E.M., and Buslaev, Y.A., Oxidative constructing of thin-walled ceramics (OCTWC), Dokl. Chem., 2001, vol. 378, nos. 4–6, pp. 143–149.
Solntsev, K.A., Shustorovich, E.M., Chernyavskii, A.S., and Dudenkov, I.V., Oxidative constructing of thin-walled ceramics (OCTC) at temperatures above the melting point of a metal: fabrication of oxide fibers from filaments of aluminum and its alloy, Dokl. Chem., 2002, vol. 385, nos. 1–3. pp. 193–198.
Kuznetsov, K.B., Shashkeev, K.A., Shevtsov, S.V., Ogarkov, A.I., Tretyakov, N.N., Saprina, M.P., Kostyuchenko, A.V., Chernyavskii, A.S., Ievlev, V.M., and Solntsev, K.A., Structure and hardness of ceramics produced through high-temperature nitridation of zirconium foil, Inorg. Mater., 2015, vol. 51, no. 8, pp. 820–827. https://doi.org/10.1134/S0020168515080129
Shevtsov, S.V., Ogarkov, A.I., Kovalev, I.A., Kuznetsov, K.B., Prosvirnin, D.V., Ashmarin, A.A., Chernyavskii, A.S., and Solntsev, K.A., Structural and phase transformations and hardness of ceramics produced by high-temperature zirconium nitriding, Russ. J. Inorg. Chem., 2016, vol. 61, no. 12, pp. 1573–1577. https://doi.org/10.1134/S0036023616120160
Kovalev, I.A., Kannykin, S.V., Konovalov, A.A., Kochanov, G.P., Ogarkov, A.I., Tarasov, B.A., Shornikov, D.P., Strel’nikova, S.S., Chernyavskii, A.S., and Solntsev, K.A., Phase transformations accompanying high-temperature nitridation of Zr–Nb alloys, Inorg. Mater., 2022, vol. 58, no. 4, pp. 364–370. https://doi.org/10.1134/S0020168522040070
Ushakov, S.V., Navrotsky, A., Hong, Q-J., and Walle, A., Carbides and nitrides of zirconium and hafnium, Materials, 2019, vol. 12, no. 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., and Solntsev, K.A., Compositional evolution of zirconium and niobium in the process of high-temperature nitridation of Zr–Nb alloys, Mendeleev Commun., 2022, vol. 32, no. 4, pp. 498–500. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2022.07.022
Powder Diffraction File, Alphabetical Index, Inorganic Compounds, Pennsylvania: JCPDS, 1997.
Butyagin, P.Yu., Khimicheskaya fizika tverdogo tela (Chemical Physics of Solids), Moscow: Mosk. Gos. Univ., 2006, p. 185.
Kuznetsov, K.B., Kovalev, I.A., Zufman, V.Yu., Ogarkov, A.I., Shevtsov, S.V., Ashmarin, A.A., Cher-nyavskii, A.S., and Solntsev, K.A., Kinetics of zirconium saturation with nitrogen during high-temperature nitridation, Inorg. Mater., 2016, vol. 52, no. 6, pp. 558–560. https://doi.org/10.1134/S0020168516060078
Abriata, J.P. and Bolcich, J.C., The Nb–Zr (niobium–zirconium) system, J. Phase Equilib., 1982, no. 3 (1), pp. 34–44.
Samsonov, G.V. and Vinitskii, I.M., Tugoplavkie soedineniya: Spravochnik (Refractory Compounds: A Handbook), Moscow: Metallurgiya, 1976, 2nd ed.