Қабыршақты қатты ерітінділердің фракталдық пішінді нанобөлшектері: морфологияның ауыр вольфрам псевдоқорытпаларындағы фазалық тепе-теңдікке әсері.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2023No4/125-132Кілт сөздер:
нанобөлшектер, қаьыршақтау, вольфрам, хром, фракталдық өлшемділікАңдатпа
Физика-химиялық қасиеттердің бірегей жиынтығының арқасында наноқұрылымды ауыр вольфрам псевдоқорытпалары, әсіресе ұнтақты металлургияның заманауи аддитивті технологияларының нысаны ретінде жоғары қызығушылық тудырады. Берілген жұмыста W-Cr ауыр қорытпасының мысалында core-shell қабыршақтайтын қатты ерітінді құрылымы бар нанобөлшектер үшін фазалық тепе-теңдіктің морфологияға тәуелділігі термодинамикалық түрде модельденген. Нанобөлшектердің морфологиясы фракталдық геометрия әдістерін қолдану арқылы берілген. Тепе-теңдік фазалық құрамы мен әртүрлі гетерогенді күйлердің температура мен нанобөлшектердің морфологиясына төзімділігі жүйенің бос энергиясын төмендетудің үш механизмі негізінде түсіндіріледі. Жұмыстың соңғы бөлігінде нанобөлшектер ансамбльдеріндегі өлшемдер мен орташа сипаттамалар бойынша тепе-теңдік үлестірулерін есептеу әдісі, сондай-ақ микроскопия мәліметтері негізінде нанобөлшектердің фракталдық өлшемін өлшеу әдісі сипатталған.
References
Vilémová M., Illková K., Lukáš F., et al. Microstructure and phase stability of W-Cr alloy prepared by spark plasma sintering. Fus. eng. des., 2018, Vol. 127, pp. 173 – 178. doi:10.1016/ j.fusengdes.2018.01.012.
Hou Q.-Q., Huang K., Luo L.-M., Tan X.-Y., et al. Microstructure and its high temperature oxidation behavior in W-Cr alloys prepared by spark plasma sintering. Materialia, 2019, Vol. 6, p.100332. doi:10.1016/j.mtla.2019.100332.
Bose A., Schuh C.A., Tobia J.C., et al. Traditional and additive manufacturing of a new tungsten heavy alloy alternative. Int. j. refract. met. hard mater., 2018. Vol. 73, pp. 22 – 28. doi:10.1016/j.ijrmhm.2018.01.019.
Tilmann W., Fehr A., Heringhaus M. Mechanical milling to foster the solid solution formation and densification in Cr-W-Si for hot-pressing of PVD target materials. Adv. powder technol., 2021, Vol.32, No.6, pp. 1927 – 1934. doi:10.1016/j.apt.2021.04.001.
Olakanmi E.O., Cochrane R.F., Dalgarno K.W. A review of selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties. Prog. mater. sci., 2015. Vol. 74, pp. 401 – 477. doi:10.1016/j.pmatsci.2015.03.002.
Cordero Z.C., Carpenter R.R., Schuh C.A., et al. Sub-scale ballistic testing of an ultrafine grained tungsten alloy into concrete targets. Int. j. impact eng., 2016, Vol. 91, pp. 1 – 5. doi:10.1016/j.ijimpeng.2015.11.013.
Chookajorn T., Park M., Schuh C.A. Duplex nanocrystalline alloys: entropic nanostructure stabilization and a case study on W-Cr. J. mater. res., 2015., Vol. 30, No. 2, pp. 151 – 162. doi:10.1557/jmr.2014.385.
Udovskii A.L., Karpushkin V.N., Nikishina E.A. A method for autonomous thermodynamic assessment of phase diagrams of binary systems containing p disordered phases of variable composition and q phases of constant composition at (p, q) ≤ 10. Metally, 1991. No. 4, pp. 87 – 103 [in Russian].
Shishulin A.V., Shishulina A.V. Equilibrium phase composition and mutual solubilities in fractal nanoparticles of the W-Cr heavy pseudo-alloys. Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials, 2019, No. 11. pp. 380 – 388. doi:10.26456/pcascnn/2019.11.380.
Bajaj S., Haverty M.G., Arróyave R., Goddard W.A., Shankar S. Phase stability in nanoscale material systems: extensions from bulk phase diagrams. Nanoscale, 2015, Vol. 7, No. 9868. doi:10.1039/C5NR01535A.
Shirinyan A., Wilde G., Bilogorodskyy Y. Melting loops in the phase diagram of individual nanoscale alloy particles: completely miscible Cu-Ni alloys as a model system. J. mater. sci., 2020. Vol. 55, pp. 12385 – 12402. doi:10.1007/s10853-020-04812-2.
Mendoza-Pérez R., Muhl S. Phase diagrams of refractory bimetallic nanoalloys. J. nanopart. res., 2020, Vol. 22, No. 36. doi:10.1007/s11051-020-05035-x.
Geoffrion L.-D., Guisbiers G. Chemical ordering in Bi1-x –Sbx nanostructures: Alloy, janus or core-shell? J. phys. chem., C. 2020, Vol.124, No.25, pp. 14061 – 14068. doi:10.1021/acs.jpcc.0c04356.
Geoffrion L.D., Guisbiers G. Physico-chemical properties of selenium–tellurium alloys across the scales. Nanoscale Adv., 2021. Vol.3, No.14, pp. 4254 – 4270. doi:10.1039/D1NA00087J.
Shishulin A.V., Fedoseev V.B. Effect of initial composition on the liquid–solid phase transition in Cr-W alloy nanoparticles. Inorg. mater., 2019. Vol.55, No.1, pp. 14 – 18. doi:10.1134/S0002337X19010135.
Ghasemi M., Zanolli Z., Stankovski M., Johansson J. Size- and shape-dependent phase diagram of In-Sb nanoalloys. Nanoscale, 2015, Vol. 7, pp. 17387 – 17396. doi:10.1007/s10891-020-02182-9.
Shishulin A.V., Potapov A.A., Shishulina A.V. The initial composition as an additional parameter determining the melting behavior of nanoparticles (a case study on Six-Ge1-x alloys). Eurasian phys. tech. j., 2021, Vol. 18, No.4, pp. 5 – 13. doi:10.31489/2021NO4/5-14.
Guisbiers G., Khanal S., Ruiz-Zapeda F., Roque de la Puente J., Yakaman M.-J. Cu-Ni nanoalloy: mixed, core-shell or janus nanoparticles? Nanoscale, 2014, Vol. 6, pp. 14630-14635. doi:10.1039/C4NR05739B.
Shishulin A.V., Shishulina A.V. One more parameter determining the stratification of solutions in small-volume droplets. J. eng. phys. Thermophys, 2022, Vol. 95, No. 6, pp. 1374 – 1382. doi:10.1007/s10891-022-02606-8.
Shishulin A.V., Fedoseev V.B., Shishulina A.V. Environment-dependent phase equilibria in a small-volume system in the case of the decomposition of Bi-Sb solid solutions. Butlerov commun., 2017. Vol. 51, No. 7, pp. 31 – 37 [in Russian].
Guisbiers G. Advances in thermodynamic modeling of nanoparticles. Adv. phys. X., 2019, Vol. 4, No.1, 1668299. doi:10.1080/23746149.2019.1668299
Magomedov M.N. On the statistical thermodynamics of a free-standing nanocrystal: silicon. Cryst. rep., 2017, Vol. 63, No. 3, 480 – 496. doi:10.1134/S1063774517030142.
Samsonov V.M., Demenkov D.E., Karcharov V.I., Bembel A.G. Fluctuation approach to the problem of thermodynamics applicability to nanoparticles. Bull. Russ. acad. sci.: phys., 2011. Vol. 75, No. 8, pp. 1073 – 1077. doi:10.3103/S106287381108034X.
Straumal B.B., Mazilkin A.A., Straumal P.B., Gusak A.M., Baretzky B. Shift of lines in phase diagrams for nanograined materials. Adv. struct. mater., 2013. Vol. 4, pp. 265 – 285. doi:10.1007/8611_2010_29.
Radnóczi G., Bokányi E., Erdélyi Z., MisjákF. Size-dependent spinodal decomposition in Cu–Ag nanoparticles. Acta mater., 2017.Vol. 123., pp. 82– 89. doi:10.1016/j.actamat.2016.10.036
Fedoseev V.B., Shishulin A.V. On the size distribution of dispersed fractal particles. Tech. phys., 2021. Vol. 66, No. 1, pp. 34 – 40. doi:10.1134/S1063784221010072
Shishulin A.V., Potapov A.A., Shishulina A.V. On the transition between ferromagnetic and paramagnetic states in mesoporous materials with fractal morphology. Eurasian phys. tech. j., 2021, Vol. 18, No.2, pp. 6 – 11. doi:10.31489/2021NO2/6-11.
Shishulin A.V., Potapov A.A., Shishulina A.V. Several notes on the lattice thermal conductivity of fractal-shaped nanoparticles. Eurasian phys. tech. j., 2022, Vol. 19, No.3, pp. 10 – 17. doi:10.31489/2022NO3/10-17.
Li J., Du Q., Sun C. An improved box-counting method for image fractal dimension estimation. Pattern recognit, 2009. Vol. 42, pp. 2460 – 2469. doi:10.1016/j.patcog.2009.03.001.
Fedoseeva E.N., Fedoseev V.B. Interaction of chitosan with benzoic acid in solution and films. Polymer sci. Ser. A., 2011. Vol. 53, No. 11, pp. 1040 – 1046. doi:10.1134/S0965545X1110004X.
