danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2022-66-3-365-376dan-1075Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕEARTH SCIENCESМеханически стимулированные реакции в системах металл–оксид (карбид)Mechanically stimulated reactions in metal–oxide (carbide) systemsЖорникВ. И.ZhornikV. I.

 Жорник Виктор Иванович – д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторией 

 ул. Академическая, 12, 220072, Минск 

 Zhornik Viktor I. – D. Sc. (Engineering), Professor, Headof the Laboratory 

 12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

zhornikv@gmail.comГригорьеваТ. Ф.GrigorevaT. F.

 Григорьева Татьяна Федоровна – д-p хим. наук, вед.науч. сотрудник 

 ул. Кутателадзе, 18, 630128, Новосибирск 

 Grigoreva Tatiana F. – D. Sc. (Chemistry), LeadingResearcher 

 18, Kutateladze Str., 630128, Novosibirsk 

grig@solid.nsc.ruКовалеваС. А.KovaliovaS. A.

 Ковалева Светлана Анатольевна – канд. техн. наук,вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск 

Kovaliova Svetlana A. – Ph. D. (Engineering), LeadingResearcher

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

svetakov2021@gmail.comКиселеваТ. Ю.KiselevaT. Yu.

 Киселева Татьяна Юрьевна – д-р физ.-мат. наук, ст.науч. сотрудник, доцент

ул. Ленинские Горы, 1, 119991, Москва 

Kiseleva Tatyana Yu. – D. Sc. (Physics and Mathematics),Senior Researcher

 1, Leninskie Gory Str., 119991, Moscow 

kiseleva.tyu@gmail.comДевяткинаЕ. Т.DevyatkinaE. T.

 Девяткина Евгения Тимофеевна – науч. сотрудник

 ул. Кутателадзе, 18, 630128, Новосибирск 

Devyatkina Evgeniya T. – Researcher

18, Kutateladze Str., 630128, Novosibirsk 

devyatkina@solid.nsc.ruВосмериковС. В.VosmerikovS. V.

 Восмериков Сергей Владимирович – науч. сотрудник

 ул. Кутателадзе, 18, 630128, Новосибирск 

 Vosmerikov Sergey V. – Researcher

18, Kutateladze Str., 630128, Novosibirsk 

vosmerikov@solid.nsc.ruВеремейИ. С.VeremeyI. S.

 Веремей Илья Сергеевич – техник

 ул. Академическая, 12, 220072, Минск 

  Veremey Ilya S. – Technician

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

stetarum@gmail.comЛяховН. З.LyakhovN. Z.

 Ляхов Николай Захарович – академик, д-р хим. наук,гл. науч. сотрудник

 ул. Кутателадзе, 18, 630128, Новосибирск 

 Lyakhov Nikolay Z. – Academician, D. Sc. (Chemistry),Chief Researcher

 18, Kutateladze Str., 630128, Novosibirsk 

lyakhov@solid.nsc.ruОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наукInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваLomonosov Moscow State University202201072022663365376Copyright © Жорник В.И., Григорьева Т.Ф., Ковалева С.А., Киселева Т.Ю., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Веремей И.С., Ляхов Н.З., 20222022Жорник В.И., Григорьева Т.Ф., Ковалева С.А., Киселева Т.Ю., Девяткина Е.Т., Восмериков С.В., Веремей И.С., Ляхов Н.З.Zhornik V.I., Grigoreva T.F., Kovaliova S.A., Kiseleva T.Y., Devyatkina E.T., Vosmerikov S.V., Veremey I.S., Lyakhov N.Z.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1075

Методами мессбауэровской и ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, в том числе с использованием синхротронного излучения, и электронной микроскопии изучены процессы механохимического восстановления оксидов железа, никеля и меди алюминием при стехиометрическом соотношении компонентов и в смесях с двух-, трех- и четырехкратным превышением содержания алюминия над стехиометрическим, а также в присутствии избытка оксидобразующего металла и твердых растворов алюминия в железе и меди. Определены условия, при которых могут быть получены металлы (железо, никель, медь) и их моноалюминиды, модифицированные оксидом алюминия. При трехкратном избытке алюминия формируются алюминиды с большим содержанием алюминия. При четырехкратном увеличении содержания алюминия механохимическое восстановление оксидов не происходит. Предпочтительным способом модифицирования металлов оксидом алюминия является механохимическое восстановление оксидов твердым раствором алюминия в металле, образующем оксид. Методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии изучено механохимическое взаимодействие в высокоэнергетической системе Hf–C в присутствии 20, 30 и 50 мас. % меди. Показано, что с увеличением содержания меди в системе Hf–C–Cu уменьшается размер кристаллитов образующегося карбида гафния.

The processes of mechanochemical reduction of oxides of iron, nickel, and copper with aluminum with a stoichio metric ratio of components and in mixtures with a two-, three-, and four-fold excess of the aluminum content over the stoichiometric, as well as in the presence of an excess of oxide-forming metal and solid solutions of aluminum in iron and copper, were studied by the Mössbauer and IR spectroscopy, X-ray diffraction analysis, including the use of synchrotron radiation, and electron microscopy. The conditions for formation of metals modified with aluminum oxide (iron, nickel, copper) and their monoaluminides are determined. High aluminum content aluminides are formed at a three-fold excess of aluminum, and at a four-fold excess, a mechanochemical reduction of oxides does not occur. The preferred method for modifying metals with alumina is the mechanochemical reduction of oxides with a solid solution of aluminum in the oxideforming metal. Mechanochemical interaction in the high-energy Hf–C system in the presence of 20, 30, and 50 wt. % copper leads to the formation of hafnium carbide; and with an increase in the copper content, the crystallite size decreases.

механически стимулированные реакциимеханохимическое восстановлениеоксид железажелезотвердый раствор алюминия в железеоксид никеляоксид медитвердый раствор алюминия в медиалюминиймеханохимический синтезгафнийуглеродмедькарбид гафнияmechanically stimulated reactionsmechanochemical reductioniron oxideironsolid solution of aluminum in ironnickel oxidecopper oxidesolid solution of aluminum in copperaluminummechanochemical synthesishafniumcarboncopperhafnium carbideРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 20-53-00037) и БРФФИ (проект № Т20Р-037).The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant 20-53-00037) and Belarusian Foundation for Fundamental Research (grant T20P-037).ReferencesSchaffer, G. B. Combustion synthesis by mechanical alloying / G. B. Schaffer, P. G. McCormic // Scripta Met. – 1989. – Vol. 23, N 6. – P. 835–838. https://doi.org/10.1016/0036-9748(89)90255-xSchaffer G. B., McCormic P. G. Combustion synthesis by mechanical alloying. Scripta Metallurgica, 1989, vol. 23, no. 6, pp. 835–838. https://doi.org/10.1016/0036-9748(89)90255-xStructure Peculiarities of Nanocomposite Powder Fe40Al/Al2O3 Produced by MASHS / T. Talaka [et al.] // Mater. Sci. Forum. – 2007. – Vol. 534–536. – P. 1421–1424. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.534-536.1421Talaka T., Grigorieva T., Vitiaz P., Lyakhov N., Letsko A., Barinova A. Structure Peculiarities of Nanocomposite Powder Fe40Al/Al2O3 Produced by MASHS. Materials Science Forum, 2007, vol. 534–536, pp. 1421–1424. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.534-536.1421Аввакумов, Е. Г. Твердофазное восстановление касситерита / Е. Г. Аввакумов, В. Е. Дьякова, Л. И. Стругова // Изв. СО АН СССР, сер. хим. наук. – 1974. – Т. 2. – С. 26–29.Avvakumov E. G., Dyakova V. E., Strugova L. I. Solid phase reduction of cassiterite. Izvestija Sibirskogo otdelenija AN SSSR, serija himicheskih nauk [Proceedings of the Siberian Branch of the Academy of Sciences of the USSR, a series of chemical sciences], 1974, vol. 2, pp. 26–29 (in Russian).Structural Study of Fe–Al Nanomaterial Produced by Mechanical Activation and Self-Propagating High-Temperature Synthesis / T. Yu. Kiseleva [et al.] // Moscow University Physics Bulletin. – 2008. – Vol. 63, N 1. – P. 55–60.Kiseleva T. Yu., Grigor’eva T. F., Gostev D. V., Potapkin V. B., Falkova A. N., Novakova A. A. Structural Study of Fe–Al Nanomaterial Produced by Mechanical Activation and Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Moscow University Physics Bulletin, 2008, vol. 63, no. 1, pp. 55–60.Cornell, R. M. The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses / R. M. Cornell, U. Schwertmann. John Wiley & Sons, 2006. – 703 p.Cornell R. M., Schwertmann U. The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses. John Wiley & Sons, 2006. 703 p.DIFFRACplus: EVA. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D-76187. – Karlsruhe, Germany, 2008.DIFFRACplus: EVA. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D-76187. Karlsruhe, Germany, 2008.Rietveld H. M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures / H. M. Rietveld // J. Appl. Crystallogr. – 1969. – Vol. 2, N 2. – P. 65–71. https://doi.org/10.1107/s0021889869006558Rietveld H. M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures. Journal of Applied Crystallography, 1969, vol. 2, no. 2, pp. 65–71. https://doi.org/10.1107/s0021889869006558New station at the 4th beamline of the VEPP-3 storage ring / A. I. Ancharov [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2001. – Vol. A 470, N 1–2. – P. 80–83. https://doi.org/10.1016/s0168-9002(01)01029-4Ancharov A. I., Manakov A. Yu., Mezentsev N. A., Tolochko B. P., Sheromov M. A., Tsukanov V. M. New station at the 4th beamline of the VEPP-3 storage ring. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2001, vol. A 470, no. 1–2, pp. 80–83. https://doi.org/10.1016/s0168-9002(01)01029-4Подёргин, В. А. Металлотермические системы / В. А. Подёргин. – М., 1992. – 272 с.Podergin V. A. Metal-thermal systems. Moscow, 1992. 272 p. (in Russian).Tarte, P. Infra-red spectra of inorganic aluminates and characteristic vibrational frequencies of AlO4 tetrahedra and AlO6 octahedra / P. Tarte // Spectrochimica Acta, Part A. – 1967. – Vol. 23, N 7. – P. 2127–2143. https://doi.org/10.1016/05848539(67)80100-4Tarte P. Infra-red spectra of inorganic aluminates and characteristic vibrational frequencies of AlO4 tetrahedra and AlO6 octahedra. Spectrochimica Acta, Part A, 1967, vol. 23, no. 7, pp. 2127–2143. https://doi.org/10.1016/0584-8539(67)80100-457Fe Mössbauer and electronic spectroscopy study on a new synthetic hercynite-based pigment / G. B. Andreozzi [et al.] // J. European Ceramic Society. – 2004. – Vol. 24, N 5. – P. 821–824. https://doi.org/10.1016/s0955-2219(03)00329-7Andreozzi G. B., Baldi G., Berbardini G. P., Di Benedetto F., Romanelli M. 57Fe Mössbauer and electronic spectroscopy study on a new synthetic hercynite-based pigment. Journal of the European Ceramic Society, 2004, vol. 24, no. 5, pp. 821–824. https://doi.org/10.1016/s0955-2219(03)00329-7Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под общ. ред. Н. П. Лякишева. – М., 1997. – Т. 1. – 1024 с.Lyakishev N. P., ed. Diagrams of the state of binary metal systems: a reference book: in 3 volumes. Mosсow, 1997, vol. 1. 1024 p. (in Russian).Лихтман, В. И. Физико-химическая механика металлов / В. И. Лихтман, Е. Д. Щукин, П. А. Ребиндер. – М., 1962. – 303 с.Likhtman V. I., Shchukin E. D., Rebinder P. A. Physical and chemical mechanics of metals. Moscow, 1962. 303 p. (in Russian).Сумм, Б. Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б. Д. Сумм, Ю. В. Горюнов. – М., 1976. – 231 с.Summ B. D., Goryunov Yu. V. Physical and chemical bases of wetting and spreading. Moscow, 1976. 231 p. (in Russian).Rapid mechanochemical synthesis of titanium and hafnium carbides / N. Lyakhov [et al.] // J. Mater. Sci. – 2018. – Vol. 53, N 19. – P. 13584–13591. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2450-xLyakhov N., Grigoreva T., Šepelák V., Tolochko B., Ancharov A., Vosmerikov S., Devyatkina E., Udalova T., Petrova S. Rapid mechanochemical synthesis of titanium and hafnium carbides. Journal of Materials Science, 2018, vol. 53, no. 19, pp. 13584–13591. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2450-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.