1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 5, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 5, стр. 392-399

Метастабильные твердые растворы, сформированные наночастицами металлов

В. Н. Володин a, Ю. Ж. Тулеушев a, *, Е. А. Жаканбаев a, А. К. Калиева a

a Институт ядерной физики Министерства энергетики РК
050032 Алматы, ул. Ибрагимова, 1, Казахстан

* E-mail: yuriy.tuleushev@mail.ru

Поступила в редакцию 07.12.2022
После доработки 13.03.2023
Принята к публикации 15.03.2023

Аннотация

Частицами нано- и субнанометрового размеров получены метастабильные твердые растворы металлов. Отмечено влияние размеров атомов второго элемента на многократное увеличение растворимости и предельную концентрацию в растворителе вне зависимости от типа кристаллической решетки. Так предельная растворимость свинца (rPb = 0.935 нм) в ниобии (rNb = 0.625 нм) составляет 23.0 ат. %, кадмия (rCd = 0.1727 нм) в ниобии – 64.0 ат. %. Далее происходит аморфизация матричного металла. При сравнении метастабильных твердых растворов с равновесными системами, для которых существуют правила Юм–Розери, имеет место образование сплавов из металлов с различными типами кристаллической решетки. Во многих случаях не соблюдается пятнадцатипроцентный предел разницы размеров атомов металлов. Преобладает несоответствие сплавов по валентности металлов и единичные случаи по разности электроотрицательности. На основании анализа признаков сплавов, изготовленных напылением ультрадисперсными частицами, следует отметить возможность расширения границ критериев Юм–Розери для метастабильных сплавов по сравнению с их равновесными аналогами, что открывает возможность отклонения от традиционного способа прогнозирования получения материалов.

Ключевые слова: наночастицы, твердые растворы, растворимость, кристаллическая решетка, размер атомов, валентность

Список литературы

  1. Жданов Г.С., Верцнер В.Н. Непосредственное наблюдение процессов конденсации и кристаллизации ртути // ФТТ. 1966. Т. 8. № 4. С. 1021–1027.

  2. Peppiatt S.J. The melting of particles. II. Bismuth // Proceedings of the Royal Society A. London. 1975. V. A345. № 1642. P. 401–412. https://doi.org/10.1098/rspa.1975.0145

  3. Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons // Thin Solid Films. 1977. V. 46. № 2. P. 177–185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90060-8

  4. Жданов Г.С. Температурный гистерезис фазового перехода и механизм кристаллизации тонких металлических пленок //ФТТ. 1977. Т. 19. № 1. С. 299–301.

  5. Овсиенко Д.Е., Маслов В.В., Костюченко В.П. Переохлаждение никеля и кобальта в малых объемах // Кристаллография. 1971. Т. 16. № 2. С. 405–407.

  6. Buffat Ph., Borel J.-P. Size effect on the melting temperature of gold particles // Phys. Rev. A. 1976. V. 13. № 6. P. 2287–2298. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.13.2287

  7. Perepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys // J. Non-Cryst. Solids. 1993. V. 156–158. P. 463–472. https://doi.org/10.1016/0022-3093(93)90002-F

  8. Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different // Chem. Soc. Rev. 2006. V. 35. P. 583–592.

  9. Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. //Trans. Non-ferrous Met. Soc. of China. 2010. V. 20. № 2. P. 248–253. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60130-8

  10. Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles // Chem. Phys. Letters. 2006. V. 429. № 4. P. 492–496. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.08.027

  11. Самсонов В.М., Васильев С.А., Бембель А.Г. Размерная зависимость температуры плавления металлических нанокластеров с позиции термодинамического подобия // ФММ. 2016. Т. 117. № 8. С. 775–781.

  12. Магомедов М.Н. Об исчезновении фазового перехода кристалл–жидкость при уменьшении числа атомов в системе // Поверхность. 2019. № 9. С. 103–109.

  13. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж. Размерный эффект, структура и свойства двойных пленочных систем. Караганда: Tengri Ltd., 2014. 245 с.

  14. Stowell M.J. The Solid-Liquid Interfacial Free Energy of Lead from Supercooling Data // Phil. Mag.: J. Theor. Experiment. Appl. Phys. 1970. V. 22. № 176. P. 1–6. https://doi.org/10.1080/14786437008228146

  15. Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size- and shape- dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals //J. Phys. Chem. of Solids. 2018. V. 116. P. 79–85. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.01.018

  16. Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. № 4. P. 043515(1–4). https://doi.org/10.1063/1.3686624

  17. Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials // Sol. State Commun. 2011. V. 151. № 3. P. 229–233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.11.025

  18. Яньдон Цю, Лью В., Чжан В., Чжай Ч. Теоретическое изучение влияния размерного фактора на энтропию и энтальпию наночастиц олова, серебра, меди и индия // ФММ. 2019. Т. 120. № 5. С. 451–456.

  19. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010. С. 192.

  20. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.M. Fabrication of binary niobium alloys with low-melting metals by the deposition of nanoparticles // Rus. J. Non-Ferrous Metals. 2019. V. 60. № 6. P. 639–645. https://doi.org/10.3103/S106782121906021X

  21. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. Т. 1. 992 с.

  22. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. 1024 с.

  23. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 3. Кн. 1. 872 с.

  24. Кан Р.У., Хаазен П.М. Физическое металловедение. М.: Металлургия, 1987. 640 с.

  25. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Твердые растворы и аморфные смеси ниобия и алюминия в пленках // Доклады НАН РК. 2013. № 1. С. 9–12.

  26. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура и фазовый состав напыленных пленок системы ниобий–медь // Поверхность. 2015. № 2. С. 75–80.

  27. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Цай К.В., Жаканбаев Е.А. Новая фаза Mo3Pb со структурой А15 в твердых растворах пленочной системы молибден–свинец // ФММ. 2014. Т. 115. № 5. С. 532–538.

  28. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Здоровец М.В. Структурные особенности пленок Ag-Cu-сплавов, полученных соосажденим распыляемых металлов // Поверхность. 2013. № 12. С. 73–77.

  29. Tuleushev Yu. Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A., Gorlachov I.D., Suslov E.E. Magnetron technology for preparation of tape superconductors with Nb3Ge coating // Vacuum. 2023. V. 208. P. 111711. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111711

  30. Tuleushev Yu. Zh., Volodin V.N., Karakozow B.K., Zhakanbaev E.A., Mamyrbaev A.K., Kalieva A.K. Coatings of the Hafnium-Cadmium System: Preparation and Phase Composition // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. № 8. P. 804–807. https://doi.org/10.1134/S0031918X22080154

  31. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Цай К.В., Рофман О.В. Новая фаза NbCd2 в пленочных покрытиях системы ниобий–кадмий // ФММ. 2018. Т. 119. № 2. С. 180–184.

  32. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура и фазовый состав напыленных пленок системы ниобий-углерод // ФММ. 2013. Т. 114. № 5. С. 432–436.

  33. Tuleushev Yu.Zh. Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. Radiation-Induced Phase Transition in a Film of Niobium-Tin Solid Solution // Technical Physics, 2014. V. 59. № 8. P. 1136–1140.

  34. Тулеушев А.Ж., Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж. Новый сверхпроводящий бериллид ниобия Nb3Be cо структурой А15 // Письма ЖЭТФ. 2003. Т. 78. Вып. 7. С. 908–910.

  35. Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. New Ta3Be Phase in the Film Coating of Tantalum-Berillium Alloys // Phys. Met. Metal. 2019. V. 120. P. 361–365.

  36. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура напыленных пленок β-тантал-алюминиевых сплавов // ФММ. 2013. Т. 114. № 11. С. 1014–1018.

  37. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А. Наноразмерно легированные медью покрытия из бета-тантала: получение, структура и свойства // ФММ. 2013. Т.114. № 7. С. 625–632.

  38. Тулеушев А.Ж., Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Синтез и свойства пленок плюмбида тантала Та3Pb // ФММ. 2004. Т. 97. № 3. С. 50–53.

  39. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А. Пленочные покрытия системы тантал-кадмий: получение, фазовый состав и структура // ФММ. 2015. Т. 116. № 1. С. 56–62.

  40. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Trebukhov S.A., Burabaeva N.M., Nitsenko A.V. Synthesis of Intermetallic Phases in the Nb–Cd and Mo–Cd Systems by Ion-Plasma Sputtering and Atomic Layer Deposition of Metals in Vacuum // Inorganic Mater. 2020. V. 56. № 1. P. 28–34. https://doi.org/10.1134/S0020168520010185

  41. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Tcai K.V. X-Ray and Electron Microscopic Confirmation of the Existence of the MoCd2 Phase in Film Coatings of the Molybdenum–Cadmium System // J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2020. V. 14. № 3. P. 596–601. https://doi.org/10.1134/S1027451020030428

  42. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А., Сукуров Б.М., Козловский А.Л. Получение пористого вольфрама из пленочных покрытий системы вольфрам–кадмий // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 11. С. 63–70.

  43. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура покрытий, полученных соосаждением ультрадисперсных частиц алюминия и магния // Изв. НАН РК. Сер. физ.-мат. 2013. № 5. С. 190–193.

  44. Pauling L. The Nature of the Chemical Bond. Ithaca. 1960. Ed. 3. P. 644.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал