CC BY
12
Powders of complex oxide compounds of lanthanides obtained by mechanochemical synthesis are promising for further production of blanks of various configurations from them. In the work, the sintering process of blanks from mechanosynthesized powders of titanate and dysprosium hafnate was studied, the shrinkage of these images was determined during the sintering process in the temperature range from 1000 to 1600 oC and the holding time from 30 to 240 min.
Keywords: lanthanide complex oxide compounds, sintering, dysprosium hafnate, dysprosium titanate
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕХАНОСИНТЕЗИРОВАННОГО ПОРОШКА ГАФНАТА ГАДОЛИНИЯ СБ2НР05 Еремеева Жанна Владимировна, д.т.н., проф. Воротыло Степан Анатольевич, к.т.н., н.с.
Сидоренко Дарья Андреевна, к.т.н., н.с.
Капланский Юрий Юрьевич, к.т.н., н.с.
Ахметов Аманкельды, аспирант Саенко Анна Андреевна, магистрант Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва eremeeva-shanna@yandex.ru Шарипзянова Гюзель Харрясовна, к.т.н., доцент Ниткин Николай Михайлович, к.т.н., доцент guzel@mtw.ru Московский политехнический университет, г.Москва
Порошки гафната гадолиния Gd2HfO5 были получены методом механо-химического синтеза из оксидов гафния и гадолиния. Структура и основные физико-химические свойства исследованы с применением методов РФА, растровой электронной спектроскопии, ПЭМ и химического анализов. РФА показывает, что полное превращение исходных оксидов в однофазный нанодисперсный гафнат гадолиния Gd2HfO5 происходит при механической обработке смеси в течение 30мин.
Ключевые слова: порошки, оксиды гафния и гадолиния, механохимиче-ский синтез, нанокристаллический гафнат гадолиния, поглощающие элементы, электронная микроскопия, структура, удельная поверхность, насыпная плотность.
Работа выполнена по гранту РФФИ 19-08-00273
Введение
Получаемые в настоящее время керамические материалы имеют большое разнообразие, но и среди этих материалов несомненный интерес вызывают сложные оксидные соединения редкоземельных металлов. Для них характерны уникальные физические и химические свойства.
В настоящее время, порошки сложнооксидных соединений лантаноидов получают методом механохимического синтеза. При этом полученные порошки ультрадисперсны и характеризуются особыми свойствами. Следует отметить, что механохимический синтез относится к технологически простым методам получения порошков.
Целью данной работы явилось исследование структуры и свойств порошка гафната гадолиния, полученного механохимическим синтезом порошков оксидов гафния и гадолиния.
Материалы и методики исследований
В качестве исходных веществ для механохимического синтеза гафната гадолиния использовали оксид гадолиния и диоксид гафния квалификации ("ч.д.а."), взятых в стехиометрическом соотношении.
Порошок оксида гафния белого цвета, пластинчатой формы с размером частиц 10-20 мкм, не течет.
Порошок оксида гадолиния имеет светлобежевый цвет, форма частиц пластинчатая, размер частиц 5 - 10 мкм, порошок - не течет.
Механохимический синтез (МХС) осуществляли с использованием шаровой планетарной мельницы «Активатор 2S» при скорости вращения планетарного диска 700 - 1200 об/мин, скорости вращения барабанов - 800 - 2400 об/мин., при отношении массы шаров к массе шихты -30 : 1 в атмосфере аргона при Р = 3 - 5 атм. в течение 5 - 60 минут.
Свойства полученного гафната гадолиния изучали методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового, ПЭМ и химического анализов.
Удельную поверхность исходных оксидов и полученных порошков диспрозия определяли с помощью анализатора удельной поверхности и пористости NOVA 1200e (США) по методу низкотемпературной адсорбции азота (метод БЭТ). Погрешность измерений удельной поверхности составляет 3 %, диапазон измеряемых площадей от 0,01 до 2000 м /г.
Гранулометрический состав порошка гафната гадолиния, полученного механосинтезом, определяли на универсальном лазерном приборе модели FRITSCH ANALYSETTE 22 MicroTec plus. Насыпную плотность определяли по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 19440-94. Рентгено-фазовый анализ исходных оксидов и полученных соединений проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2.0 в Со.
Электронно-микроскопические изображения и электронограммы, получали с помощью аналитического электронного микроскопа JEM-2100, включающего систему компьютерного управления, в которую интегрировано устройство наблюдения изображения в режиме просвечивающего растрового электронного микроскопа (ПРЭМ) и энергодисперсионного рентгеновского спектрометра (JED-2300) [12].
Результаты исследований и их обсуждение
По данным РФА механохимической обработки (МХО) смеси оксидов гадолиния и гафния на воздухе в течение 5-15 мин. выявлено наличие не
прореагировавших оксидов - кубического НЮ2 с параметрами решетки (а = 5.102±2 10-3 А). При этом, количественный анализ механоактивирован-ной эквимолярной смеси оксидов, показал некоторые «потери» диоксида гадолиния, причиной которых может быть частичная аморфизация 0ё203 в процессе механообработки.
Полное превращение исходных оксидов гафния и диспрозия в гафнат гадолиния, как показывают результаты РФА (рисунок 1) происходит при обработке смесей в течение 30 мин.
Эс!2НЮ5 Згэг! 10.000 1 Епй: 70.012 6 Зюргта: 0.025 * Тетрегэшге: 25 X (Рост) (М2НЮВ
»,000- !!Г
? |! | и 1 | :
о ■ V...........)
Рисунок 1 - Дифрактограмма смеси 0ё203*НЮ2 после МХО при продолжительности обработки 30 мин.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что основной фазой образца Оё2НЮ5 является кубическая (тип флюорита) с параметрами решетки а=Ь=е=1,0505 нм, что хорошо согласуется с данными работы. Однако необходимо отметить некоторые особенности полученного спектра, которые можно интерпретировать образованием либо сверхструктуры пиро-хлорного типа, либо наличием модулированной структуры Оё2НЮ5. Возможность образования структур указанного типа была установлена также в работах.
Элементный состав механоактивированной смеси соответствует заданному содержанию гафния и диспрозия и составляет, соответственно, масс %: О - 11,5; Оё - 60,7; Ш - 26,5.
На основании данных исследования гранулометрического состава порошка и сканирующей электронной микроскопии (рисунок 2, 3) показано, что синтезированные механохимической активацией порошки гафната гадолиния состоят из наночастиц неравноосной формы с диаметрами 60-120 нм., формирующиеся в агломераты размером от 500 до 1000 нм. Кроме того, наблюдается некоторое количество частиц сферической формы размером до 50 нм.
16 14 3? 12 5 10 Е 0 3 г 6 _у С\ г""" "" 100
I \ во
X 60
/
/ 40
/ \
2 \} г 20
8. и 0<?
01 0.1 1 10 1
Раг0с1е (мгп)
Рисунок 2 - Гистограмма распределения по размерам частиц порошка Gd2HЮ5, полученного механосинтезом смеси оксидов гадолиния и гафния
/
41
^ у» *.т" ч^иду гя ■
Э3400 15.0*У в бггт хб.ОЭк ЭЕ 9/20/2016 ....... 10.0ит
Рисунок 3 - СЭМ-изображение частиц порошка Gd2HfO5, полученного ме-ханосинтезом смеси оксидов гадолиния и гафния
Ниже представлены некоторые характеристики порошка Gd2HfO5, полу-
3
ченного методом МХО: порошок Gd2HfO5 не течет; рнас - 1,27 - 1,29 г/см ; Буд, - 26,0—30м /г ; средний размер частиц - 60-120 нм, средний размер агломератов составляет 0,5-1 мкм.
Таким образом, результаты определения гранулометрического состава и СЭМ - исследования порошка гафната гадолиния, полученного механо-синтезом, говорят о его сильной агломерации, что отмечается во многих исследованиях порошков, полученных данным методом.
Исследования синтезированного механохимией порошка Gd2HfO5 (рисунок 5) с применением метода ПЭМ выявили структуру с разупорядочен-ным состоянием атомов, близкой к рентгеноаморфной.
Рисунок 4 - Электронно-микроскопическое изображение частицы вё2НЮ5
(т мхо = 30мин)
Результаты энергодисперсионного анализа по элементному составу частиц показывают, что они содержат гафний, гадолиний и кислород практически в стехиометрическом соотношении (рисунок 5 , таблица1). ва о ш
Рисунок 5 - Энергодисперсионный рентгеновский анализ вё2НЮ5, полученного механосинтезом
Изучение спектров комбинационного рассеяния (рисунок 6) также подтверждает образование в основном кристаллической фазы гафната диспрозия. Сравнение КР - спектров оксидов гафния и гадолиния, не обнаруживает совпадающих линий, относящихся к оксидам диспрозия (371-373 см-1) [7] и оксидам гафния (395,495, 516, 667 см-1). Широкая полоса поглощения 200 - 580еш-1 и широкий пик поглощения с максимумом ~680сш-1 характерны для деформационных колебаний О- Н -О связей, а высокочастотные
полосы с пиком поглощения в области 1400-1600 см-1 соответствуют, по-видимому, валентным колебаниям Н -О связей.
Таблица1 -Статистический анализ ЭДС данных _по элементному составу частиц_
Элемент Тип линии k-Фактор Поправка на поглощение Вес.% Атом.%
O К серия 1,455 1,00 26,76 76,96
Gd L серия 2,262 1,00 59,03 17,17
Hf L серия 2,449 1,00 14,21 3,79
I 100,0 I 100,0
Рисунок 6 - Спектры комбинационного рассеяния гафната гадолиния, полученного механохимическим синтезом смеси оксидов гафния и гадолиния
Проведение Рамановской спектрометрии порошка гафната гадолиния, полученного механосинтезом, показало отсутствие непрореагировавших оксидов гафния и гадолиния, что указывает на образование однофазного гафната гадолиния.
1. В результате проведенных исследований установлена возможность получения аморф порошка гафната гадолиния механохимической обработкой оксидов гафния и гадолиния.
2. Методами РФА, растровой электронной спектроскопии, Раман - спектроскопии (КР - спектры), ПЭМ, РФА изучены структура и свойства полученного порошка гафната гадолиния.
3. Сравнение КР - спектров гафната гадолиния, полученного механоак-тивацией смеси оксидов гафния и гадолиния , не обнаруживает пиков, относящихся ни к оксидам гадолиния, ни к оксидам гафния , что указывает также на образование однофазного гафната гадолиния Gd2HfO5.
Zh.V.Eremeeva1, G.H. Sharipzyanova2 , S.A.Vorotylo1, Yu.Yu. Kaplanskiy1, N.M. Nitkin2, D.A.Sidorenko 1, Akhmetov A.S.1, Saenko A.A.1
National Research Technological University "MISIS", Moscow, Leninsky Prospekt 4, eremeeva-shanna@yandex.ru
Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Moscow Polytechnic University" "Moscow Polytechnic", Moscow, B.Semenovskaya 38, guzel@mtw.ru STRUCTURE AND PROPERTIES OF MECHANOSYNTHESIZED GADOLINIUM HAFNATE POWDER GD2HFO5
Gadolinium hafnate powders Gd2HfO5 were obtained by mechanochemical synthesis from hafnium and gadolinium oxides. The structure and basic physico-chemical properties were investigated using the methods of XRD, scanning electron spectroscopy, TEM and chemical analysis. XRD shows that the complete transformation of the initial oxides into single-phase nanodisperse gadolinium hafnate Gd2HfO5 occurs during mechanical treatment of the mixture for 30 minutes.
Keywords: powders, hafnium and gadolinium oxides, mechanochemical synthesis, gadolinium nanocrystalline hafnate, absorbing elements, electron microscopy, structure, specific surface area, bulk density.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДУПЛЕКСНОГО НЕРЖАВЕЮЩЕГО СПЛАВА Х3CrNiMn 22-2-5 Прохоров Алексей Павлович, инженер-технолог (e-mail: alek.pro2014@gmail.com) АО «Нижегородский завод 70-летия Победы», г.Нижний Новгород, Россия НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г.Нижний Новгород, Россия Баринова Наталья Вячеславовна, к.т.н.
ООО «Московские стали-инжиниринг», г.Москва, Россия
В работе рассматривается лазерная сварка сплава Х3CrNiMn 22-2-5. Методами анализа микроструктуры устанавливается баланс фаз аусте-нита и феррита в основном металле и сварном шве металла. Определяется зона проплавления металла и преимущественное расположение точечной коррозии в ней.
Ключевые слова: дуплексный сплав, лазерная сварка, сварной шов, коррозионная стойкость, точечная коррозия.
Введение. Дуплексные нержавеющие стали (DSS) являются принципиальными конкурентами аустенитных нержавеющих сталей (ASS), обладая повышенной прочностью и при прочих равных, DSS показывают большую стойкость к точечной коррозии. При сварке DSS необходимо использовать добавки присадочного металла, в то время как ASS можно сваривать авто-генно. Высоколегированные расходные материалы применяются для замедления сегрегации важных легирующих компонентов из металла сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ), при этом происходит установление баланса между фазами: феррита и аустенита в металле дуплексного сварного шва (ДСШ).
Важным преимуществом исследуемого дуплексного сплава является то, что он является обедненным, содержащим минимум легирующих элементов. Сбалансированный состав легирующей системы позволяет получать механические, коррозионные и технологические свойства на порядок выше
