Journals →  Цветные металлы →  2024 →  #2 →  Back

Материаловедение
ArticleName Взаимосвязь аномалий электрических свойств цветных сплавов с диаграммами состояния
DOI 10.17580/tsm.2024.02.06
ArticleAuthor Шахназаров К. Ю., Вологжанина С. А., Хузнахметов Р. М.
ArticleAuthorData

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

К. Ю. Шахназаров, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, докт. техн. наук, эл. почта: Shakhnazarov_KYu@pers.spmi.ru
С. А. Вологжанина, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, докт. техн. наук, эл. почта: vologzhanina_sa@pers.spmi.ru
Р. М. Хузнахметов, аспирант кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, эл. почта: s225045@stud.spmi.ru

Abstract

Учитывая важное значение для науки и практики выявления причинно-следственных механизмов аномалий свойств материалов, предложен подход, позволяющий установить взаимосвязь особенностей изменения электрических свойств с формированием наночастиц промежуточных фаз в сплавах на основе цветных металлов. Предложен критерий оценки КΔ, позволяющий оценить возможность формирования наночастиц химических соединений (промежуточных фаз), которые оказывают существенное влияние на превращения в тонкой структуре. Это позволяет связать не поддающиеся объяснению экстремумы на кривых электрических свойств (электропроводности, удельного электросопротивления, электросопротивления, температурного коэффициента электросопротивления, термоэлектродвижущей силы) с диаграммами фазового равновесия промышленно используемых цветных сплавов. Появляется возможность рассмотрения диаграммы фазового равновесия с учетом разработанного критерия КΔ, позволяющего дать прогноз о протекании процессов образования наночастиц промежуточных фаз и, как следствие, изменения электрических свойств в системах (Pt – Ag, Al – Fe, Bi – Pb, Al – Zr, Cu – Zn) цветных сплавов. Разработанный критерий КΔ позволяет установить: причину максимума электросопротивления и его температурного коэффициента сплавов серебра с платиной, неизменности электросопротивления в интервале концентраций (24–32 % (ат.) Fe) сплавов системы алюминий – железо, скачкообразного роста электропроводности и абсолютного максимума термоЭДС сплавов системы висмут – свинец, максимума удельного электросопротивления сплавов системы алюминий – цирконий, неизменности электропроводности и температурного коэффициента электросопротивления сплавов системы медь – цинк.

keywords Наночастицы промежуточных фаз, электропроводность, электросопротивление, температурный коэффициент электросопротивления, термоэлектродвижущая сила
References

1. Sizyakov V. M., Polyakov P. V., Bazhin V. Yu. Production of aluminium and aluminium alloys in Russia: Current trends and strategic objectives. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 16–23.
2. Bazhin V. Y., Savchenkov S. A., Gordevnin N. A. Investigation of the ytterbium reduction process in the synthesis of Al – Yb master alloys for the modification of aluminum alloys. Non-Ferrous Metals. 2022. No. 2. pp. 65–72.
3. Brichkin V. N., Vorobiev A. G., Bazhin V. Yu. Mining Institute’s metallurgists: a tradition serving the Country, science and production industry. Tsvetnye Metally. 2020. No. 10. pp. 4–13.
4. Kurnakov N. S. Selected papers: In 3 volumes. Vol. 2. Moscow : Izdatelstvo AN SSSR, 1961. 612 p.
5. Phase equilibrium diagrams of binary metallic systems. Handbook : In 3 volumes. Vol. 1. Ed. by N. P. Lyakishev. Moscow : Mashinostroenie, 1996. 992 p.
6. Bazhin V. Yu. A contemporary view on anomalies in the metal groups of Mendeleev’s Periodic System. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 239. pp. 520–527.
7. Syrkov A. G., Prokopchuk N. R., Vorobiev A. G., Brichkin V. N. Academician N. S. Kurnakov as the founder of physico-chemical analysis – the scientific base for the development of new metal alloys and materials. Tsvetnye Metally. 2021. No. 1. pp. 77–83.
8. Parshin A. M., Tikhonov A. N., Bondarenko G. G., Kamyshanchenko N. V. et al. Selected writings on and separate problems of metallurgy. Ed. by A. M. Par shin, A. N. Tikhonov. St Petersburg : Izdatelstvo SPbGTU, 1998. 304 p.
9. Shank F. A. Structures of binary alloys. Moscow : Metallurgiya, 1973. 759 p.
10. Wang Z., Shiyao C., Luo Q. et al. Light-weight refractory high-entropy alloys: a comprehensive review. Journal of Materials Science & Technology. 2023. Vol. 151. pp. 41–65.
11. Wang M., Xu Y., Zhang X., Qi P. T. et al. Surface microstructure evolution mechanism of WC – Co hard alloy treated by high current pulsed electron beam. Vacuum. 2022. Vol. 202. 111139.
12. Shichalin O. O., Buravlev I., Papynov E. K ., Golub A. et al . Compar ative study of WC-based hard alloys fabrication via spark plasma sintering using Co, Fe, Ni, Cr, and Ti binders. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2022. Vol. 102. 105725.
13. Fengyan Li, Xiangmin Z., Jing Z. et al. Research on generic technology identification issues in non-ferrous metal industry. Journal of Physics Conference Series. 2021. Vol. 1955. 012093. DOI: 10.1088/1742-6596/1955/1/012093
14. Gordeeva Yu. I., Abkaryan A. K. et al. Developing efficient techniques to control the structure and properties of nanoparticle-doped hard-alloy compo sites. Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. 2014. Vol. 7, No. 3. pp. 270–289.
15. Bazhin V. Yu., Gorlenkov D. V., Povarov V. G., Vedernikov V. V. Composition, structure and properties of the last silver rubles of the Russian Empire in 1895–1915: continuation of the Petrine traditions of coinage. Tsvetnye Metally. 2022. No. 7. pp. 112–124.
16. Dong P., Meng C., Yan Y., Zhang B. et al. Ag–Pt bimetallic composite supported on defective C3Nx nanosheets for plasmon hot electron-mediated photocatalytic H2 evolution. International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48.
17. Novikova O. A. A study of the silver-platinum system. Zhurnal neorganicheskoy khimii. 1957. Vol. 11. pp. 1840–1847.

18. Vol A. Ya. Structure and properties of binary metallic systems : In 4 volumes. Vol. 1. Moscow : Gosudarstvennoe izdatelstvo fiziko-matematicheskoy literatury, 1959. 756 p.
19. Cordero-Santiago J. P., Crespo-Sosa A. Formation of Ag/Pt bimetallic nanoparticles obtained by ion implantation in α-Al2O3. Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications. 2022. Vol. 51. 101051.

20. Takeuchi Y., Lee H.-J., Dao ATN, Kasai H. et al. Formation of multishell Au@ Ag@ Pt nanoparticles by coreduction method: a microscopic study. Materials Today Chemistry. 2021. Vol. 21. 100515.
21. Grishchenko N. A., Sidelnikov S. B., Gubanov I. Yu. et al. Mechanical properties of aluminium alloys : Monograph. Krasnoyarsk : Sibirskiy federalnyi universitet, 2012. 196 p.
22. Kurganov Yu. A., Shcherbakov S. P. Effect of the discrete additive of aluminium oxide on the structure and properties of aluminium alloy. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 228. pp. 717–721.
23. Shimosaka D., Ueno M. Effects of Si and Zr addition on strength and recrystallization behavior of Al – Mn alloy fin stocks for automotive heat exchanger. MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 326. DOI: 10.1051/matecconf/202032605006
24. Školáková A., Pinc J., Novák P. The preferential formation of Ni2Al3, Fe2Al5, and Ti2Al5 phases in aluminide systems. Materials Chemistry and Physics. 2022. Vol. 280. 125859.
25. Dubiel S. M., Gondek L., Zienert T., Zukro wski J. Mössbauer spectroscopic and XRD studies of two η-Fe2Al5 intermetallics. Intermetallics. 2021. Vol. 135. 107217.
26. Li J., Chen H. The physical characteristics of tetragonal FeAl2 under pressure. Vacuum. 2022. Vol. 205. 111472.
27. Liu W., Ren X., Shi Y., Niu Y. et al. The effective mass, vibration and electromagnetic properties of tetragonal iron aluminide FeAl2. Ceramics International. 2021. Vol. 47, No. 2. pp. 1766–1771.
28. Zhang N., Hu Q. D., Ding Z., Lu W. et al. 3D morphological evolution and growth mechanism of proeutectic FeAl3 phases formed at Al/Fe interface under different cooling rates. Journal of Materials Science & Technology. 2022. Vol. 116. pp. 83–93.
29. Wang H. J., Su X. P., Sun S. P., Wang J. H. et al. First-principles calculations to investigate the anisotropic elasticity and thermodynamic properties of FeAl3 under pressure effect. Results in Physics. 2021. Vol. 26. 104361.
30. Gao H., Feng W., Wang Y., Gu J. et al. Structural and compositional evolution of Al3(Zr, Y) precipitates in Al – Zr – Y alloy. Materials Characterization. 2016. Vol. 121. pp. 195–198. DOI: 10.1016/j.matchar.2016.10.012
31. Savchenkov S. A., Bazhin V. Y., Brichkin V. N. Thermal analysis of the fabrication of magnesium master alloys containing yttrium and zinc. Russian Metallurgy (Metally). 2019. No. 8. pp. 207–218.
32. Aleksandrova T. N., Chanturiya A. V., Kuznetsov V. V. Mineralogical and technological features and patterns of selective disintegration of ferruginous quartzites of the Mikhailovskoye deposit. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 256. pp. 517–526. DOI: 10.31897/PMI.2022.58
33. Kumar S., Das A. K. Recent advancements in TIG cladding process on Non-ferrous Alloys: A Review. Dave H. K., Dixit U. S., Nedelcu D. Recent Advances in Manufacturing Processes and Systems. Singapore : Springer, 2022. DOI: 10.1007/978-981-16-7787-8_66
34. Ozan Coban, Ercan Acma M. Combustion synthesis of nanostructured non-ferrous alloys and ceramic powders. Advances in Combustion Synthesis and Technology. 2022. pp. 34–65. DOI: 10.2174/9789815050448122010006
35. Revina A. A., Oksentyuk E. V., Fenin A. A. Synthesis and properties of zinc nanoparticles: the role and prospects of radiation chemistry in the development of modern nanotechnology. Protection of Metals. 2007. Vol. 43, No. 6. pp. 554–559. DOI: 10.1134/S0033173207060069
36. Pryakhin E. I., Sharonov N. I. Basic provisions and problems related to the electron-beam welding technology in application to the fabrication of structures out of aluminium-magnesium alloys. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 229. pp. 84–91.
37. Huang D. et al. New experimental studies on the phase relationship of the Bi–Pb–Te system. Materials & Design. 2022. Vol. 224. 111384.
38. Amer S. M., Barkov R. Yu., Pozdnyakov A. V. Effect of impurities on the phase composition and properties of the wrought Al – 6% Сr – 4,05%Er alloy. Fizika metallov i metallovedenie. 2020. Vol. 121, No. 5. pp. 550–554.
39. Wei K. et al. In-situ electrochemical study of plasma electrolytic oxidation treated Zr3Al based alloy in 300o C/14 MPa lithium borate buffer solution. Thin Solid Films. 2020. Vol. 707. 138066.
40. Kapidžiс A., Beloševiс-Сavor J., Koteski V. Zirconium aluminides studied with first principles calculations: Hyperfine interactions and site preference of dopants. Journal of Solid State Chemistry. 2022. Vol. 310. 123042.
41. Srikanth M. et al. A review of the latest developments in the field of refractory high-entropy alloys. Crystals. 2021. Vol. 11, No. 6. 612.
42. López-Arenal J. et al. Scratch, fretting, and sliding wear of a ZrB2–hardened Zr3Al2 intermetallic–ceramic composite. Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 23, Iss. 1.
43. López-Arenal J. et al. Powder-metallurgy fabrication of ZrB2–hardened Zr3Al2 intermetallic composites by high-energy ball-milling and reactive spark-plasma sintering. Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. pp. 617–626.
44. Samaei A., Chaudhuri S. Role of zirconium conversion coating in corrosion performance of aluminum alloys: An integrated first-principles and multiphysics modeling approach. Electrochimica Acta. 2022. Vol. 433. 141195.
45. Jiang X. J. et al. Microstructure and mechanical properties of ZrAl binary alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 811. 152068.
46. Huang Y. et al. Microstructure and mechanical properties of the (TiZrV) 100-xAlx medium-entropy alloys. Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 23, Iss. 1. pp. 2824–2835.
47. Kornilov I. I. The physics and chemistry behind heat resistance of alloys. Moscow : Izdatelstvo AN SSSR, 1961. 516 p.
48. Savitskiy E. M. Effect of temperature on the mechanical properties of metals and alloys. Moscow : Izdatelstvo AN SSSR, 1957. 295 p.

Full content Взаимосвязь аномалий электрических свойств цветных сплавов с диаграммами состояния
Back