Получение порошковых интерметаллических соединений методом бестокового диффузионного насыщения никеля диспрозием в хлоридном расплаве Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.48 - 14: 541.1:546.65

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТОДОМ БЕСТОКОВОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ НИКЕЛЯ ДИСПРОЗИЕМ В ХЛОРИДНОМ РАСПЛАВЕ

Д.А. Кондратьев

Вятский государственный университет, Киров, Россия Аннотация

В работе опытным путем определены режимы синтеза порошкового интерметаллического соединения (ИМС) DyNi2 методом бестокового диффузионного насыщения никелевого порошка диспрозием в расплавленной хлоридной смеси, при реализации которых образуется ИМС заданного состава, без примесей в виде непрореагировавшего никеля, а также фазы ИМС, отличной от целевой. Установлено, что чистый целевой продукт получается при содержании диспрозия в реакционной смеси 36-40 мас. % Показано, что при синтезе DyNi2 требуется небольшой избыток диспрозия (3-6 %) относительно количества, рассчитанного по стехиометрии.

Ключевые слова:

бестоковый перенос, диспрозий, никель, порошковый сплав, интерметаллическое соединение.

OBTAINING OF POWDER INTERMETALLIC COMPOUNDS DURING SATURATION OF NIKEL WITH DYSPROSIUM BY DIFFUSION WITHOUT ELECTRIC CURRENT IN THE CHLORIDES OF MELT

D.A. Kondratyev

Vyatka State University, Kirov, Russia Abstract

Regimes of powdered intermetallic compound DyNi2 synthesis was empirically determined by the method of saturation of nickel with dysprosium by diffusion without electric current in the molten mixture of chlorides. The regimes realization results in formation of intermetallic compound of the given composition, without additives in the form of non-reacted nickel as well in formation of the intermetallic phase which differs from the target. It is found that pure title product is obtained when the content of dysprosium in the reaction mixture 36-40 wt. %. It was shown that DyNi2 synthesis requires excess of dysprosium no more then 3-6% relative to the amount calculated by stoichiometry.

Keywords:

transfer without electric current, dysprosium, nickel, alloy powder, intermetallic compound.

Порошковые интерметаллические соединения (ИМС), в состав которых входят редкоземельные металлы, широко используются в качестве катализаторов [1], например, для улучшения сгорания топлива и очистки выхлопных газов автомобилей от оксидов азота(П) и углерода(П). Высокоэффективными катализаторами для этих целей являются сплавы редкоземельных металлов (РЗМ) с никелем [1], причем наибольшая эффективность достигается при использовании соединения состава LnNi2 и LnNi5 (где Ln - La, Ce, Pr, Nd, Dy) [2]. В настоящее время в литературе мало сведений о синтезе порошков ИМС РЗМ с никелем, получаемых путем диффузионного насыщения в солевых расплавах [3]. С целью решения этой практической задачи в ходе реализации представленной работы были выполнены исследования по определению режимов синтеза порошковых сплавов ИМС состава Dy-Ni, изучено влияние соотношения компонентов металлической фазы реакционной смеси на состав получаемого в ходе синтеза продукта.

В проведенных исследованиях использовался порошок никеля марки ПНЭ-1, а диспрозий с целью снижения вероятности попадания в систему его оксида вводили в реакционную среду в виде пластины. Эксперимент проводили в герметичной ячейке из нержавеющей стали, в среде аргона. В тигель помещали заданное количество порошка никеля и навеску солевой смеси LiCl-KCl-5 мас. % DyCl3. Нагрев осуществляли в печи СШОЛ в автоматическом режиме. При температуре 850 К в токе аргона на молибденовой подвеске в расплав вводили образец из диспрозия. Время выдержки образца в расплаве, необходимое для перехода в реакционную среду требуемого для образования соединения DyNi2 количества диспрозия, определяли на основании данных о коррозии РЗМ в расплаве LiCl-KCl [4].

Задачей работы было, при постепенном увеличении доли РЗМ в реакционной системе, установить соотношение компонентов металлической фазы (Dy+Ni), при котором в условиях эксперимента будет образовываться ИМС заданного состава без примесей в виде непрореагировавшего никеля, а также фазы ИМС, отличной от целевой. За точку отсчета, т.е. минимальную вводимую в реакционную систему порцию лантаноида, принимали его количество, рассчитанное исходя из стехиометрии соединения, которое требовалось получить. Затем в каждом последующем опыте увеличивали содержание РЗМ в системе на 1%. Полученный ряд образцов порошков ИМС в дальнейшем был подвергнут комплексному анализу.

Как показал анализ, в синтезированном продукте возможно наличие более богатых по содержанию Dy фаз по сравнению с DyNi2. Возможность получения порошка, состоящего из ИМС разного фазового состава, зависит, в основном, от соотношения компонентов металлической фазы [3]. При синтезе порошкового ИМС DyNi2, чистый целевой продукт получается при содержании диспрозия в реакционной смеси 36-40 мас. %, при значении выше указанного в продукте присутствует фаза DyNi, а при меньшем - не прореагировавший никель (табл.).

236

Результаты опытов по синтезу порошковых сплавов

Состав реакционной смеси, мас. % Содержание Ln в продукте по данным Фазовый состав продукта по данным рентгенофазового

РЗМ солевая металлическая фаза рентгенофлуоресцентного анализа (* - химического

фаза Ni Ln анализа), мас. % анализа

44 23 33 47.5 DyNi2 + Ni

42 23 35 48.0 DyNi2 + Ni

41 23 36 57.4 DyNi2

Dy 40 23 37 57.9 DyNi2

38 23 39 58.3 DyNi2

37 23 40 58.6 DyNi2

36 23 41 59.0 DyNi2 + DyNi

Y [3] 50 23 27 43.2* YNi2

49 23 28 44.3* YNi2 + YNi

Результаты опытов показывают, что при синтезе DyNi2 требуется небольшой избыток диспрозия (3 -6%)

относительно рассчитанного по стехиометрии количества, что хорошо согласуется с результатами работы [3],

посвященной изучению условий синтеза порошка YNi2.

Литература

1. Наумов А.В. Обзор мирового рынка редкоземельных металлов // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2008. № 1. С. 44-48.

2. Каталитические и сорбционные свойства интерметаллических соединений LaNi5 / И.Р. Коненко, Н.М. Парфенова, Е.И. Клабуковский [и др.] // Изв. Ан СССР. Серия химическая. 1981. № 5. С. 981-985.

3. Ковалевский А.В., Варакин В.Н., Сорока В.В. Состав для диффузионного насыщения из расплава // Решение ВНИИГПЭ от 29.06.1987 о выдаче авт. свид. по заявке № 4155274/31 от 04.12.1986.

4. Ковалевский А.В., Сорока В.В. Коррозия РЗМ при их бестоковом переносе на никель в перемешиваемом солевом расплаве // V Уральская конференция по высокотемпературной физизической химии и электрохимии: тез. докл. Свердловск, 1989. Т. 1. С. 228-229.

Сведения об авторе

Кондратьев Денис Андреевич,

к.х.н., Вятский государственный университет, г.Киров, Россия, denis512a@mail.ru

Kondratyev Denis Andreevich,

PhD (Chemistry), Vyatka State University, Kirov, Russia, denis512a@mail/ru

УДК 544.653.3-143.38

КАТОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В СРЕДЕ СОЛЕВЫХ РАСПЛАВОВ

В.Е. Кротов

Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия Аннотация

Исследованы катодные процессы при электрокристаллизации химических соединений в расплавленных солях. Предложен новый механизм для описания особенностей формирования катодного осадка многокомпонентных химических соединений. Первые кристаллы бинарного химического соединения образуются в результате восстановления с деполяризацией ионов электроотрицательного компонента на поверхности первоначально образованного электроположительного компонента. Первые кристаллы трехкомпонентного химического соединения образуются в результате восстановления с деполяризацией ионов электроотрицательного компонента на поверхности первоначально образованного бинарного катодного осадка двух электроположительных компонентов. После этого и до окончания электролиза электродный процесс протекает на постоянно обновляемой поверхности химических соединений. При этом ионы всех компонентов химических соединений восстанавливаются одновременно и с деполяризацией.

Ключевые слова:

катодные процессы, химическое соединение, механизм образования, деполяризация, расплавленный солевой электролит.

237