О еще одной особенности высокотемпературных фазовых равновесий в наночастицах тяжелого псевдосплава Crx-W1-x
А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.328
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. В данной работе в рамках термодинамического подхода смоделированы особенности равновесного фазового состава наночастиц Crx-W1-x сферической формы различного диаметра с различной долей Cr со структурой «ядро-оболочка» между температурами ликвидуса и солидуса. Получены примеры зависимостей равновесных составов твердой и жидкой фаз от диаметра частицы, продемонстрировано, что данные зависимости существенно отличаются при различном взаимном расположении твердой и жидкой фаз в структуре «ядро-оболочка». Результаты дополнены рассмотрением эффекта исходного состава, состоящего в зависимости не только объемной доли сосуществующих фаз, но и их состава, от доли Cr в исходной частице. Для визуализации части описанных эффектов использованы предложенные авторами ранее θ-диаграммы. Представлена термодинамическая интерпретация полученных закономерностей на основе трех возможных механизмов понижения свободной энергии системы.
Ключевые слова: наночастицы, химическая термодинамика, ликвидус, солидус, структура «ядро-оболочка», вольфрам, хром
- Шишулин Александр Владимирович – к.х.н., доцент, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
- Шишулина Анна Владимировна – к.х.н., доцент, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Ссылка для цитирования:
Шишулин, А.В. О еще одной особенности высокотемпературных фазовых равновесий в наночастицах тяжелого псевдосплава Crx-W1-x / А.В. Шишулин, А.В. Шишулина // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 328-338. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.328. ⎘
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. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Knowles, A.J. Spinodally reinforced W-Cr fusion armour / A.J. Knowles, T.Y.S. Cheng, K. Ma et al. // Applied Materials Today. – 2024. – V. 41. – Art. №102430. – 7 p. DOI: 10.1016/j.apmt.2024.102430.
7. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наночастицах / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. Тверь: Тверской государственный университет, 2021. – 168 с. DOI: 10.26456/skb.2021.168.
8. Грязнов, М.Ю. Ячеистые структуры из титановых сплавов для медицинского применения, созданные методами аддитивных технологий: обзор / М.Ю. Грязнов, С.В. Шотин и др. // Российский журнал биомеханики. – 2024. – Т. 28. – Вып. 4. – С. 12-33. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.4.01.
9. 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.
10. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование структурных превращений в однокомпонентных и многокомпонентных металлических наносистемах / Н.Ю. Сдобняков. Тверь: Тверской государственный университет, 2025. – 408 с. DOI: 10.26456/sny.2025.408.
11. Савина, К.Г. Структурные превращения в бинарных наночастицах Ti-V: размерный эффект и эффект измерения состава / К.Г. Савина, А.Д. Веселов, Р.Е. Григорьев и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 532-542. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.532.
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. Шишулин, А.В. Особенности фазовых равновесий «жидкость – твердое тело» в наночастицах системы Six-Ge1-x при различном взаимном расположении фаз / А.В. Шишулин, А.В. Шишулина, А.В. Купцов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 437-447. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.437.
14. Шишулин, А.В. К вопросу о плавлении наночастиц фрактальной формы (на примере системы Si-Ge) / А.В. Шишулин, В.Б. Федосеев, А.В. Шишулина // Журнал технической физики. – 2019. – Т. 89. – Вып. 9. – С. 1420-1426. DOI: 10.21883/JTF.2019.09.48069.88-19.
15. 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.
16. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур, наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 589-601. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
17. Шишулин, А.В. Термодинамические закономерности влияния на фазовые равновесия состава и морфологии границ раздела малых объемов бинарных органических расслаивающихся систем: дисс. … канд. хим. наук: 1.4.4: защищена 18.05.2023; утв. 14.11.2023 / Шишулин Александр Владимирович. – Нижний Новгород: НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2023. – 126 с.
18. 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.
19. 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.
20. 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.
21. 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. – Вып. 1. – С. 16-20. . DOI: 10.1134/S0002337X19010135.
22. 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.
23. 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, наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 299-307. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.299.
24. Shishulin, A.V. Fractal nanoparticles of phase-separating solid solutions: morphology-dependent phase equilibria in tungsten heavy pseudo-alloys / A.V. Shishulin, A.A. Potapov, A.V. Shishulina // Eurasian Physical Technical Journal. – 2023. – V. 20. – I. 4(46). – P. 125-132. DOI: 10.31489/2023no4/125-132.
25. Touloukian, Y.S. Thermal expansion: metallic elements and alloys / Y.S. Touloukian, R.K. Kirby et al. // In: Thermophysical properties of matter. – V. 12. – New York: IFI/Plenum, 1975. – 500 p.
26. Shishulin, A.V. On some peculiarities of stratification of liquid solutions within pores of fractal shape / A.V. Shishulin, V.B. Fedoseev // Journal of Molecular Liquids. – 2019. – V. 278. – P. 363-367. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.01.050.
27. 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.
28. Shirinyan, A. Solidification loops in the phase diagrams of nanoscale alloy particles: from a specific example towards a general vision / A. Shirinyan, G. Wilde, Y. Bilogorodskyy // Journal of Materials Science. – 2018. – V. 53. – I. 4. – P. 2859-2879. DOI: 10.1007/s10853-017-1697-y.
29. Федосеев, В.Б. Равновесная конфигурация янус-частиц при условии компенсации сил поверхностного натяжения / В.Б. Федосеев // Письма в Журнал технической физики. – 2025. – Т. 51. – Вып. 11. – C. 22-25. DOI: 10.61011/PJTF.2025.11.60483.20293.