ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМЕ V–Ti–N

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе представлены экспериментальные результаты высокотемпературного синтеза литых нитридных материалов в системе V–Ti–N. Впервые методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме горения из порошковой смеси V2O5 + Al + AlN + Ti получены литые материалы, основу которых составляют твердые нитридные и интерметаллидные растворы системы V–Ti–N. Синтезы проводили в реакторе объемом 3 л при давлении азота 5 МПа. Исходные смеси помещали в кварцевые тигли. При горении смесей с содержанием титана αTi = 0–7.5% конечные продукты плавятся, происходит их полное разделение (сепарация) на оксидную (верхний слиток) и “металлическую” (нижний слиток) части. При горении исходной (базовой) смеси, не содержащей титан (αTi = 0), синтезируются литые материалы, состоящие из нитрида ванадия V2N. Введение титана в эту смесь приводит к существенному изменению состава и микроструктуры конечных продуктов. Титан, введенный в исходную смесь, растворяется в нитриде ванадия с образованием твердых растворов в V2N. Кроме того, титан принимает участие в окислительно-восстановительной реакции с оксидом ванадия с образованием оксидов, переходящих в оксидный (верхний) слиток. Полученные конечные продукты охарактеризованы методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии. Изучены их структурно-фазовые составляющие.

Об авторах

В. А Горшков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук

Email: gorsh@ism.ac.ru
Черноголовка, Российская Федерация

П. А Милосердов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук

Черноголовка, Российская Федерация

О. Д Боярченко

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук

Черноголовка, Российская Федерация

И. Д Ковалев

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук

Черноголовка, Российская Федерация

Список литературы

  1. Choi D., Blomgren G.E., Kumta P.N. Fast and reversible surface redox reaction in nanocrystalline vanadium nitride supercapacitors // Adv. Mater. 2006. V. 18. № 9. P. 1178–1182. https://doi.org/10.1002/adma.200502471
  2. Oyama S.T. Preparation and catalytic properties of transition metal carbides and nitrides // Catal. Today. 1992. V. 15. № 2. P. 179–200. https://doi.org/10.1016/0920-5861(92)80175-M
  3. Sun Q., Fu Z.-W. Vanadium nitride as a novel thin film anode material for rechargeable lithium batteries // Electrochim. Acta. 2008. V. 54. № 2. P. 403–409. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.07.057
  4. Kościelska B., Winiarski A., Jurga W. Structure and superconductivity of VN–SiO2 films obtained by thermal nitridation of sol–gel derived coatings // J. Non.-Cryst. Solids. 2010. V. 356. № 37–40. P. 1998–2000. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.05.030
  5. Wang L.-B., Lou Z.-S., Bao K.-Y., Liu W.-Q., Zhou Q.-F. Low-temperature solid state synthesis and characterization of superconducting vanadium nitride // Chin. Phys. Lett. 2017. V. 34. № 2. P. 028101. https://doi.org/10.1088/0256-307X/34/2/028101
  6. Zeng R., Liu J., Du G.D., Li W.X., Wang J.L., Horvat J., Dou S.X. Magnetic and superconducting properties of spin-fluctuation-limited superconducting nanoscale VNx // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. № 7. https://doi.org/10.1063/1.3679148
  7. Roldan M.A., López-Flores V., Alcala M.D., Ortega A., Real C. Mechanochemical synthesis of vanadium nitride // J. Eur. Ceram. Soc. 2010. V. 30. № 10. P 2099–2107. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.04.008
  8. Preiss H., Schultze D., Szulzewsky K. ChemInform Abstract: carbothermal synthesis of vanadium and chromium carbides from solution‐derived precursors // ChemInform. 1999. V. 30. № 17. https://doi.org/10.1002/chin.199917294
  9. Tripathy P.K. On the thermal decomposition of vanadium nitride // J. Mater. Chem. 2001. V. 11. № 5. P. 1514–1518. https://doi.org/10.1039/b007792p
  10. Choi J.-G., Ha J., Hong J.-W. Synthesis and catalytic properties of vanadium interstitial compounds // Appl. Catal. A Gen. 1998. V. 168. № 1. P. 47–56. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(97)00332-3
  11. Toth L.E. Transition metal carbides and nitrides. Academic Press. N.Y.: Academic, 1971. 296 p.
  12. Новиков Н.В. Инструменты из сверхтвердых материалов. М.: Машиностроение, 2005. 555 с.
  13. Benko E., Wyczesany A., Barr T.L. CBN-metal/metal nitride composites // Ceram. Int. 2000. V. 26. № 6. P. 639–644. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(99)00109-1
  14. Tian B., Yue W., Fu Z., Gu Y., Wang C., Liu J. Microstructure and tribological properties of W-implanted PVD TiN coatings on 316L stainless steel // Vacuum. 2014. V. 99. P. 68–75. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2013.04.019
  15. Deng B., Tao Y., Hu Z. The microstructure, mechanical and tribological properties of TiN coatings after Nb and C ion implantation // Appl. Surf. Sci. 2013. V. 284. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.112
  16. Wang X., Kwon P.Y., Schrock D., (Dae-Wook) Kim D. Friction coefficient and sliding wear of AlTiN coating under various lubrication conditions // Wear. 2013. V. 304. № 1–2. P. 67–76. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.03.050
  17. Шишковский И.В., Закиев С.Е., Холпанов Л.П. Послойный синтез объемных изделий из нитридатитана методом СЛС // ФХОМ. 2005. Т. 3. С. 71–78.
  18. Kim W., Park J., Suh C., Cho S., Lee S., Shon I.-J. Synthesis of TiN nanoparticles by explosion of Ti wire in nitrogen gas // Mater. Trans. 2009. V. 50. № 12. P. 2897–2899. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009297
  19. Hokamoto K., Wada N., Tomoshige R., Kai S., Ujimoto Y. Synthesis of TiN powders through electrical wire explosion in liquid nitrogen // J. Alloys Compd. 2009. V. 485. № 1–2. P. 573–576. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.06.061
  20. Ananthapadmanabhan P., Taylor P.R., Zhu W. Synthesis of titanium nitride in a thermal plasma reactor // J. Alloys Compd. 1999. V. 287. № 1–2. P. 126–129. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00060-2
  21. Kakati M., Bora B., Sarma S., Saikia B.J., Shripathi T., Deshpande U., Dubey A., Ghosh G., Das A.K. Synthesis of titanium oxide and titanium nitride nano-particles with narrow size distribution by supersonic thermal plasma expansion // Vacuum. 2008. V. 82. № 8. P. 833–841. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.11.014
  22. Ichimiya N., Onishi Y., Tanaka Y. Properties and cutting performance of (Ti,V)N coatings prepared by cathodic arc ion plating // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. № 5–6. P. 1377–1382. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.08.026
  23. Roldán M.A., Alcalá M.D., Real C. Characterisation of ternary TixV1−xNy nitride prepared by mechanosynthesis // Ceram. Int. 2012. V. 38. № 1. P. 687–693. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.07.057
  24. Deeleard T., Chaiyakun S., Pokaipisit A., Limsuwan P. Effects of vanadium content on structure and chemical state of TiVN films prepared by reactive DC magnetron Co-sputtering // Mater. Sci. Appl. 2013. V. 4. № 9. P. 556–563. https://doi.org/10.4236/msa.2013.49068
  25. Ho W.-Y., Chen M., Lin C., Ho W.-Y. Characteristics of TiVN and TiVCN coatings by cathodic arc deposition. Proceedings of the 6th International Conference on Mechatronics, Materials, Biotechnology and Environment (ICMMBE 2016). Paris: Atlantis, 2016.
  26. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings // Int. Mater. Rev. 2017. V. 62. № 4. P. 203–239. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1243291
  27. Borovinskaya I.P., Loryan V.E., Zakorzhevsky V.V. Combustion synthesis of nitrides for development of ceramic materials of new generation // Nitride Ceramics. Wiley, 2014. P. 1–48.
  28. Юхвид В.И. Жидкофазные СВС-процессы и литые материалы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика / Под ред. Мержанова А.Г. Черноголовка: Территория, 2001. C. 252–275.
  29. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Boyarchenko O.D., Kovalev I.D., Golosova O.A. High-temperature synthesis of cast vanadium nitrides and aluminum oxynitrides // Ceram. Int. 2024. V. 50. № 12. P. 21821–21826. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.294
  30. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Sachkova N.V., Kovalev I.D. SHS casting of (Mo,W)Si2, (Mo,Nb)Si2, and (Mo,Ti)Si2 silicides: effect of activating 3CaO2 + 2Al additives // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. V. 23. № 1. P. 36–40. https://doi.org/10.3103/S106138621401004X
  31. Горшков В.А., Ковалев Д.Ю., Боярченко О.Д., Сычев А.Е. Высокотемпературный синтез материалов в системе Сr–Mo–Al–C // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 12. С. 1373-1379. https://doi.org/10.31857/S0002337X21120071
  32. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Khomenko N.Y., Miloserdova O.M. High-temperature synthesis of composite materials based on (Cr, Mn, V)–Al–C MAX phases // Ceram. Int. 2021. V. 4. № 18. P. 25821–25825. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.05.310
  33. Gorshkov V.A., Khomenko N.Y., Kovalev D.Y. The synthesis of cast materials based on the MAX phases in a Cr–Ti–Al–C system // Russ. J. Non-Ferrous Met. 2021. V. 62. № 6. P. 732–739. https://doi.org/10.3103/S1067821221060092
  34. Закоржевский В.В., Боровинская И.П., Сачкова Н.В. Синтез нитрида алюминия в режиме горения // Неорган. материалы. 2002. Т. 38. № 11. C. 1340–1350.
  35. Shiriev A.A., Mukasyan A.S. Thermodynamics of SHS processes. Concise encyclopedia of self-propagating high-temperature synthesis. Elsevier, 2017. P. 385–387.
  36. Cahn R.W. Binary alloy phase diagrams// Adv. Mater. V. 3. Ed. Massalski T.B. Materials Park: ASM Int.,1991. V. 3. № 12. P. 628–629. https://doi.org/10.1002/adma.19910031215
  37. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение, 1996–2000.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).