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 Доступ платный или 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