Плазмохимический синтез нанокристаллических структур «ядро-оболочка» TiN-Mo-Co

В настоящей работе проведено исследование возможностей формирования нанокристаллических композиций на основе нитрида титана с участием Mo и Co в условиях плазмохимического синтеза. Синтез организован по схеме плазменной переконденсации с применением низкотемпературной азотной плазмы. Все полученные высокодисперсные порошковые композиции были аттестованы методами рентгенографии и растровой электронной микроскопии. Характеристики дисперсного состава переконденсированных продуктов TiN-Mo-Co определялись путем расчета на основе сведений о пикнометрической плотности и площади удельной поверхности.

Подтверждение возможности формирования структуры «ядро-оболочка» осуществлялось химическими методами путем протравливания ультра- и нанодисперсных порошков в растворах разбавленной HCl для удаления кобальтовой оболочки и концентрированной перекиси водорода H₂O₂ для нейтрализации металлического Mo.

Исходя из сведений о «квазиравновесном состоянии» продуктов плазмохимического синтеза в низкотемпературной газовой плазме предложена химическая модель формирования нанокристаллических частиц.

1. Vereshchagin M.N., Goranskij G.G., Kiriluk S.I., Agunovich I.V. Investigation of processes of structure and phase formation of blend powders on the basis of waste of hard tungsten-containing alloys at their mechano-synthesis and high-speed mechanical dispersing for production of powder compositions. Litiyo i Metallurgiya (Foundry Production and Metallurgy), 2012, 1 (84), P. 110–114.

2. Langenderfer M.J., Fahrenholtz W.G., Chertopalov S., Zhou Y., Mochalin V.N., Johnson C.E. Detonation synthesis of silicon carbide nanoparticles. Ceram. Int., 2020, 46 (5), P. 6951–6954.

3. Storozhenko P.A., Guseinov Sh.L., Malashin S.I. Nanodispersed powders: synthesis methods and practical applications. Nanotech. in Russia, 2009, 4, P. 262–274.

4. Lerner M.I., Glazkova E.A., Lozhkomoev A.S., Svarovskay N.V., Bakina O.V., Pervikov A.V., Psakhie S.G. Synthesis of Al nanoparticles and Al/AlN composite nanoparticles by electrical explosion of aluminum wires in argon and nitrogen. Powder Technol., 2016, 295, P. 307–314.

5. Avdeeva Y.A., Luzhkova I.V., Ermakov A.N. Mechanism of formation of nanocrystalline particles with core-shell structure based on titanium oxynitrides with nickel in the process of plasma-chemical synthesis of TiNi in a low-temperature nitrogen plasma. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (2), P. 212–219.

6. Luzhkova I.V., Ermakov A.N., Grigorov I.G., Zainulin Yu.G., Dobrinskii E.K., Malashin S.I. Plasmachemical processing of titanium carbide and nickelide in a low-temperature nitrogen plasma. Russ. Metall., 2013, 2013, P. 11–13.

7. Luzhkova I.V., Ermakov A.N., Murzakaev A.M., Grigorov I.G., Zainulin Yu.G., Dobrinsky E.K., Malashin S.I. Plasma treatment with nickel of vanadium carbide and nitride. Nanotech. in Russia, 2014, 9, P. 667–673.

8. Kosolapova T.Ya. Handbook of high temperature compounds: properties, production, applications. CRC Press, New York, Washington, Philadelphia, London, 1990, 958 p.

9. Fultz B., Howe J.M. Transmission electron microscopy and diffractometry of materials, 3rd ed. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008, 758 p.

10. Ermakov A.N., Luzhkova I.V., Avdeeva Yu.A., Murzakaev A.M., Zainulin Yu.G., Dobrinsky E.K. Formation of complex titanium-nickel nitride Ti0.7Ni0.3N in the “core-shell” structure of TiN – Ni. Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2019, 84, 104996.

11. Chalmers B. Principles of solidification. John Wiley and Sons, Springer, New York, Dordrecht, Heidelberg, London, 1964, 319 p.

12. Zhukov M.F., Chersky I.N., Cherepanov A.N., Konovalov N.A., Saburov V.P., Pavlenko N.A., Galevsky G.V., Andrianova O.A., Krushenko G.G. Strengthening of metallic polymer and elastomer materials with ultradispersed powders obtained by plasma-chemical synthesis. Nauka, Siberian publishing company of RAS, Novosibirsk, 1999, 307 p. (In Russian)

13. Shveikin G.P., Alyamovsky S.I., Zainulin Yu.G., Gusev A.I., Gubanov V.A., Kurmaev E.Z. Variable composition compounds and their solid solutions. UNTs AN SSSR, Sverdlovsk, 1984, 292 p. (In Russian)

14. Schuster J.C., Nowotny H. Molybdan- und Molybdan-Wolfram-Carbide im Temperaturbereich von 600 – 1600 ◦C. Monatshefte fur Chemie, 1979, 110, P. 321–332.

15. Schonberg N. The Tungsten Carbide and Nickel Arsenide Structures.¨ Acta Metallica, 1954, 2, P. 427–432.

16. Bhaskar, U.K., Pradhan S.K. Microstructural evolution of nanostructured Ti0.7Ni0.3N prepared by reactive ball-milling. Mater. Res. Bull., 2013, 48, P. 3129–3135.

17. Knunyants I.L. Chemical encyclopedia: in 5 v. Soviet encyclopedia, Moscow, 1992, 3, 125 p., 639 p. (In Russian)

18. Polak L. Elementary chemical processes and kinetics in a non-equilibrium and quasi-equilibrium plasma. Pure Appl. Chem., 1974, 39 (3), P. 307– 342.

19. Borodin V.I.Low-temperature plasma in metal production processes. Lecture and report materials of the Workshop: Methods and technique of the experimental study of ordered structures self-organization processes in plasma dust formations and the School of young scientists: Topical problems of applications of physics of low-temperature plasma, 2003, 10 p. (In Russian)

20. Krzhizhanovsky R.E., Stern Z.Yu. Thermophysical properties of non-metallic materials (carbides). Handbook, Energiya, Leningrad, 1976, 120 p. (In Russian)

21. Barin I. Thermochemical data of pure substances. Third edition. VCH, Weinheim, New York, Base1, Cambridge, Tokyo, 1995. 2003 p.