№ 2 (2024)
- Год: 2024
- Выпуск опубликован: 15.02.2024
- Статей: 5
- URL: https://bakhtiniada.ru/0235-0106/issue/view/16502
Весь выпуск
Статьи
Контролируемый синтез наночастиц высокоэнтропийных материалов. Оптимизация традиционных и создание инновационных стратегий
Аннотация
В последнее десятилетие резко возросло разнообразие высокоэнтропийных материалов (ВЭМ) в том числе за счет расширения исследований в область аморфных, нано- и гетероструктур. Интерес к наноразмерным ВЭМ связан, прежде всего, с их потенциальным применением в различных областях, таких как возобновляемая и «зеленая» энергетика, катализ, хранение водорода, защита поверхности и др. Развитие нанотехнологий позволило разработать инновационный дизайн наноразмерных ВЭМ с принципиально новыми структурами, обладающими уникальными физическими и химическими свойствами. Решаются проблемы контролируемого синтеза с точно заданными параметрами химического состава, микроструктуры и морфологии. При этом происходит модернизация традиционных технологий, таких как быстрый пиролиз, механическое сплавление, магнетронное распыление, электрохимический синтез и др. Наряду с этим появились инновационные технологии синтеза, такие как карботермический удар, метод управляемого спилловера водорода. В обзоре проанализированы методы синтеза наноразмерных ВЭМ для различных применений, которые были разработаны в последние 6–7 лет. Большинство из них является результатом модернизации традиционных способов, а другая группа методик представляет инновационные решения, стимулированные и вдохновленные феноменом ВЭМ.
115-165
Коррозионно-электрохимическое поведение металломатричных композитов Al-нано-Al2O3 в водном растворе 0.5М NaCl
Аннотация
Исследовано коррозионно-электрохимическое поведение нанокомпозитов системы «алюминий-нанооксид алюминия», образованных при прямом химическом взаимодействии расплавленного алюминия с наноксидом титана в среде расплавленных хлоридов щелочных металлов при температурах выше 700оС. Равномерно распределенные по объему металлической матрицы кристаллы нанооксида алюминия в модификации α-Al₂O₃ были зафиксированы методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Скорость коррозии в 0.5М NaCl, определенная гравиметрическим методом, уменьшается в 3–4 раза при переходе от исходного алюминия к композитам «Al-Al₂O₃», при этом характер коррозии меняется с питтинговой на равномерную и класс коррозионной стойкости повышается с 3 (стойкий) до 2 (очень стойкий). Это связано с образованием на поверхности композита более плотного однофазного гидроксидного покрытия по сравнению с двухфазным рыхлым покрытием на алюминии. Потенциал коррозии не зависит от введения наночастиц оксида алюминия в алюминиевую матрицу.
166-178
Изучение фазовых равновесий в двухкомпонентной органической системе дифенил – н-докозан
Аннотация
Методами Шредера, UNIFAC и UNIFAC Dortmund рассчитана диаграмма плавкости системы дифенил – н-докозан и показано, что она относится к эвтектическому типу. Экспериментально с применением дифференциального сканирующего микрокалориметра исследованы индивидуальные вещества и их смеси. На кривой ДТА нагрева эвтектического сплава отмечен эндоэффект, отвечающий плавлению эвтектики. Представлено сравнение координат эвтектики, рассчитанных указанными методами, с экспериментальными данными. Для эвтектического сплава рассчитаны удельная энтальпия плавления, молярные значения энтропии и энтальпии плавления, объемная удельная энтальпия плавления и плотность для стандартных условий. Эвтектическая смесь может быть рекомендована к использованию в качестве теплоносителя, а также рабочего тела теплового аккумулятора.
179-188
Линейный анализ устойчивости процесса затвердевания в ограниченной области при наличии конвекции в жидкости
Аннотация
Данное исследование посвящено линейному анализу морфологической/динамической неустойчивости процесса направленного затвердевания в ограниченной области пространства при наличии конвекции в расплаве. Разработана линейная теория морфологической неустойчивости стационарного процесса направленной кристаллизации с плоской границей раздела фаз «твердое тело – жидкость», с учетом наличия конвекции в жидкости. Выписаны уравнения для возмущений температурного поля и межфазной границы, построено решение этих уравнений, выведено дисперсионное соотношение. Его анализ показал существование морфологической неустойчивости в широком диапазоне волновых чисел и при различных параметрах кристаллизующейся системы. Существование этой неустойчивости обусловлено возмущениями, которые поступают на границу раздела «твердое тело – жидкость» от охлаждаемой стенки через твердую фазу. Помимо этого, в работе показано, что плоская граница раздела «твердое тело – жидкость» может быть неустойчива к динамическим возмущениям, то есть к возмущениям с нулевым волновым числом (к возмущениям установившейся скорости затвердевания). Также имеется ветвь устойчивого решения для динамических возмущений. Кристаллизующаяся система может выбрать одну из этих ветвей (неустойчивую или устойчивую) в зависимости от действия конвекции. Результатом морфологической и динамической неустойчивости является появление двухфазной области перед плоской границей раздела «твердое тело – жидкость». Поэтому следующим шагом в работе стал анализ динамической неустойчивости стационарной кристаллизации с двухфазной областью. Эта область была заменена на поверхность разрыва, располагающуюся между чисто твердой и жидкой фазами. Анализ уравнений для амплитуд возмущений выявил существование динамической неустойчивости для широкого диапазона скоростей кристаллизации. Такая неустойчивость порождается возмущениями в твердом материале у охлаждаемой стенки и распространяется вплоть до границы раздела фаз. При достижении определенной скорости кристаллизации происходит бифуркация решений, что приводит к существованию одновременно неустойчивой и устойчивой ветвей. Система же, как и ранее, выбирает одну из них в зависимости от влияния конвекции. В общем случае, кристаллизующаяся система может быть морфологически/динамически неустойчива к малым возмущениям, которые поступают на границу раздела фаз вследствие флуктуаций тепломассообменного оборудования (например, флуктуаций температуры на охлаждаемой границе).
189-210
Изучение состава расплава KCl – AlCl3 – ZrCl4 – HfCl4 применительно к экстрактивной ректификации хлоридов циркония и гафния
Аннотация
В 2021 г. в АО ЧМЗ введено в эксплуатацию производство высокочистой циркониевой губки для производства компонентов ядерного топлива. Одним из основных этапов производства является очистка циркония от гафния до остаточной концентрации менее 0.01 мас. %. Очистка осуществляется методом ректификационного разделения смеси тетрахлоридов циркония и гафния в расплаве KCl–AlCl₃. Опыт эксплуатации установки разделения тетрахлоридов циркония и гафния показал, что для определения эксплуатационных свойств расплава недостаточно знать содержание в нем K, Al, Zr, Hf.
В процессе эксплуатации установки расплав KCl–AlCl₃–ZrCl₄–HfCl₄ изучен комплексом независимых методов: рентгеновская дифрактометрия, восстановительное плавление в присутствии углерода, определение остаточного содержания циркония после отгонки летучих компонентов потоком инертного газа.
В замороженных плавах методом рентгеновской дифрактометрии определено содержание фаз ZrCl₄, K₂ZrCl₆ и AlCl₃ на фоне матричной фазы KAlCl₄. Установлено, что фаза KCl не образуется.
Изучено содержание ZrCl₄, AlCl₃ и K₂ZrCl₆ в расплаве на разных участках технологической схемы установки. Установлено, что в расплаве узла приготовления разделяемой смеси тетрахлоридов циркония и гафния, ректификационной колонны и испарителя присутствует ZrCl₄ и AlCl₃ или K₂ZrCl₆, в зависимости от избытка или недостатка AlCl₃ по отношению к KCl. В расплаве после десорбционной колонны ZrCl₄ и AlCl₃ отсутствуют, в ряде случаев обнаружен K₂ZrCl₆, причем его содержание коррелирует с содержанием Zr, определенного методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
В замороженных плавах установлено содержание рентгеноаморфной компоненты, которая содержит до 1.5 мас. % алюминия и до 3.5 мас. % циркония. Методом восстановительного плавления в присутствии углерода в замороженных плавах установлено содержание кислорода до 1.8 мас. %, который входит в состав рентгенноаморфной компоненты, предположительно состоящей из AlOCl и ZrOCl².
Исследовано остаточное содержание циркония в пробах расплава после отгонки летучих компонентов потоком аргона при температуре 550°С при различном содержании AlCl₃. По результатам исследований разработана методика определения соотношения AlCl₃/KCl, основанная на различии в физико-химических свойствах компонентов расплава. Показано, что мольное соотношение Al/K, рассчитанное по массовым долям Al и K в расплаве, выше мольного соотношения AlCl₃/KCl, полученного по разработанной методике. На основе полученных результатов организована корректировка состава расплава при эксплуатации установки разделения хлоридов циркония и гафния в АО ЧМЗ.
211-222