Влияние исходного состава на фазовые равновесия при твердофазном расслаивании в наночастицах бинарных сплавов (на примере системы W-Cr)
А.В. Шишулин1, А.В. Шишулина2
1 PleiadesPubl., Ltd
2 ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.299
Краткое сообщение
Аннотация: Благодаря уникальному набору физико-химических свойств тяжелые вольфрамовые псевдосплавы c ультрамелкозернистой структурой, полученные из наночастиц современными методами порошковой металлургии, стали объектом повышенного интереса исследователей. В данной работе в рамках термодинамического подхода смоделированы особенности фазового состава наночастиц со структурой ядрооболочка расслаивающегося твердого раствора на примере тяжелого псевдосплава WCr. Для системы двух компонентов, ограниченно растворимых в твердом состоянии, продемонстрирован специфический эффект, заключающийся в том, что в отличие от систем в макроскопическом состоянии, не только объемная доля сосуществующих фаз, но и их равновесный состав существенно варьируется в зависимости от исходного состава системы. Для двух различных гетерогенных состояний структуры ядрооболочка получены области термической стабильности, а также температурные зависимости равновесного фазового состава системы в каждом из состояний. Описана термодинамическая интерпретация полученных закономерностей на основе трех возможных механизмов понижения свободной энергии системы.
Ключевые слова: наночастицы, распад раствора, химическая термодинамика, растворимость, структура ядро-оболочка, вольфрам, хром
- Шишулин Александр Владимирович – к.х.н, PleiadesPubl., Ltd
- Шишулина Анна Владимировна – к.х.н., доцент, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Ссылка на статью:
Шишулин, А.В. Влияние исходного состава на фазовые равновесия при твердофазном расслаивании в наночастицах бинарных сплавов (на примере системы W-Cr) / А.В. Шишулин, А.В. Шишулина // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 299-307. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.299.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Vilémová, M. Microstructure and phase stability of W-Cr alloy prepared by spark plasma sintering / M. Vilémová, K. Illková, F. Lukáš et al. // Fusion Engineering and Design. – 2018. – V. 127. – P. 173-178. DOI:10.1016/j.fusengdes.2018.01.012.
2. Hou, Q.-Q. Microstructure and its high temperature oxidation behavior in W-Cr alloys prepared by spark plasma sintering / Q.-Q. Hou, K. Huang, L.-M. Luo et al. // Materialia. – 2019. –V. 6. – Art. № 100332. – 8 p. DOI: 10.1016/j.mtla.2019.100332.
3. Bose, A.Traditional and additive manufacturing of a new tungsten heavy alloy alternative / A. Bose, C.A. Schuh, J.C. Tobia et al. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2018. –V. 73. – P. 22- 28. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.01.019.
4. Tilmann, W. Mechanical milling to foster the solid solution formation and densification in Cr-W-Si for hotpressing of PVD target materials / W. Tilmann, A. Fehr, M. Heringhaus // Advanced Powder Technology. – 2021. – V.32. – I. 6. – P. 1927-1934. DOI: 10.1016/j.apt.2021.04.001.
5. Olakanmi, E.O. A review of selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties / E.O. Olakanmi, R.F. Cochrane, K.W. Dalgarno //Progress in Materials Science. – 2015. – V. 74. – P. 401-477. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2015.03.002.
6. Cordero, Z.C. Sub-scale ballistic testing of an ultrafine grained tungsten alloy into concrete targets / Z.C. Cordero, R.R. Carpenter, C.A. Schuh, B.E. Schuster // International Journal of Impact Engineering. – 2016. – V. 91. – P. 1-5. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2015.11.013.
7. Chookajorn, T.Duplex nanocrystalline alloys: entropic nanostructure stabilization and a case study on W-Cr / T. Chookajorn, M. Park, C.A. Schuh //Journal of Materials Research. – 2015. – V. 30 – I. 2 – P. 151-162. DOI: 10.1557/jmr.2014.385.
8. Шишулин, А.В. Размерный эффект при расслаивании твердого раствора Cr-W / А.В. Шишулин, В.Б Федосеев // Неорганические материалы. – 2018. – Т. 54. – Вып. 6. – С. 574-578. DOI: 10.7868/S0002337X18060040.
9. Geoffrion, L.-D. Chemical ordering in Bi1-x–Sbx nanostructures: alloy, janus or core-shell? / L.-D. Geoffrion, G. Guisbiers // Journal of Physical Chemistry C. – 2020. – V. 124. – I. 25. – P. 14061-14068. DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c04356.
10. Mendoza-Pérez, R. Phase diagrams of refractory bimetallic nanoalloys / R. Mendoza-Pérez, S. Muhl // Journal of Nanoparticle Research. – 2020. – V. 22. – I. 10. – Art. № 306. – 15 p. DOI: 10.1007/s11051-020-05035-x.
11. Shirinyan, A. Melting loops in the phase diagram of individual nanoscale alloy particles: completely miscible Cu-Ni alloys as a model system / A. Shirinyan, G. Wilde, Y. Bilogorodskyy // Journal of Materials Science. – 2020. – V. 55. – I. 26. – P. 12385-12402. DOI: 10.1007/s10853-020-04812-2.
12. Шишулин, А.В. Некоторые особенности высокотемпературных фазовых равновесий в наночастицах системы Six-Ge1-x / А.В. Шишулин, А.В. Шишулина // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 268-276. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.268.
13. Shishulin, A.V. Thermal stability and phase composition of stratifying polymer solutions in small-volume droplets / A.V. Shishulin, V.B. Fedoseev // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2020. – V. 93. – I. 4. – P. 802-809. DOI: 10.1007/s10891-020-02182-9.
14. Shishulin, A.V. Phase equilibria in fractal core-shell nanoparticles of the Pb5(VO4)3Cl- Pb5(VO4)3Cl system: the influence of size and shape / A.V. Shishulin, A.A. Potapov, V.B. Fedoseev // Advances in Artificial Systems for Medicine and Education II; ed. by Z. Hu, S. Petouhov, M. He. – Cham: Springer, 2020. – P. 405-413. DOI: 10.1007/978-3-030-12082-5_37.
15. Shishulin, A.V. Fractal nanoparticles of phase-separating solid solutions: nanoscale effects on phase equilibria, thermal conductivity, thermoelectric performance / A.V. Shishulin, A.A. Potapov, A.V. Shishulina // Springer Proceedings in Complexity; ed. by C.H. Skiadas, Y. Dimotikalis. – Cham: Springer, 2022. – P. 421-432. DOI: 10.1007/978-3-030-96964-6_30.
16. Магомедов, М.Н. О зависимости фазовой диаграммы сплава замещения от размера и формы нанокристалла / М.Н. Магомедов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 291-300.DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.291.
17. Шишулин, А.В.Полимерные растворы в порах деформируемых матриц: фазовые переходы, индуцированные деформацией пористого материала / А.В. Шишулин, В.Б. Федосеев // Журнал технической физики. – 2020. – Т. 90. – Вып. 3. – C. 358-364. DOI: 10.21883/JTF.2020.03.48917.292-19.
18. Шишулин, А.В. О влиянии внешней среды на фазовые равновесия в системе малого объема на примере распада твердого раствора Bi-Sb / А.В. Шишулин, В.Б. Федосеев, А.В. Шишулина // Бутлеров. сообщ. – 2017. – Т. 51. – №7. – С. 31-37.
19. Shishulin, A.V. The initial composition as an additional parameter determining the melting behaviour of nanoparticles (a case study on Six-Ge1-x alloys) / A.V. Shishulin, A.A. Potapov, A.V. Shishulina // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – V. 18. – I. 4(38). – P. 5-13. DOI: 10.31489/2021No4/5-13.
20. Shishulin, A.V.One more parameter determining the stratification of solutions in small-volume droplets / A.V. Shishulin, A.V. Shishulina // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2022. – V. 95. – I. 6. – P. 1374-1382. DOI: 10.1007/s10891-022-02606-8.
21. Самсонов, В.М. Флуктуационный подход к проблеме применимости термодинамики к наночастицам / В.М. Самсонов, Д.Э. Деменков, В.И. Карачаров, А.Г. Бембель // Известия РАН. Серия физическая. – 2011. – Т. 75. – Вып. 8. – С. 1133-1137.
22. Шишулин, А.В. Влияние исходного состава на переход жидкость-твердое тело в наночастицах сплава Cr-W / А.В. Шишулин, В.Б. Федосеев // Неорганические материалы. – 2019. – Т. 55. – №1. – С. 16-20. DOI: 10.1134/S0002337X19010135.
23. Шишулин, А.В. Равновесный фазовый состав и взаимная растворимость компонентов в наночастицах фрактальной формы тяжелого псевдосплава W-Cr / А.В. Шишулин, А.В. Шишулина // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 380-388. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.380.
24. Сдобняков, Н.Ю. Морфологические характеристики и фрактальный анализ металлических пленок на диэлектрических поверхностях: монография / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Д.В. Иванов. – Тверь: Тверской государственный университет, 2019. – 168 с.
25. Федосеев, В.Б. О распределении по размерам дисперсных частиц фрактальной формы / В.Б. Федосеев, А.В. Шишулин // Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91. – Вып. 1. – С. 39-45. DOI: 10.21883/JTF.2021.01.50270.159-20.
26. Анофриев, В.А. К проблеме автоматизации процесса определения фрактальной размерности / В.А. Анофриев, А.В. Низенко, Д.В. Иванов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 264-276. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.264.
27. Shishulin, A.V. Several notes on the lattice thermal conductivity of fractal-shaped nanoparticles / A.V. Shishulin, A.A. Potapov, A.V. Shishulin a// Eurasian Physical Technical Journal. –2022. –V. 19. – I. 3(41). –P. 10-17. DOI: 10.31489/2022No3/10-17.