Введение к работе
Актуальность работы*. Металлические и металлоксидные порошки являются основным сырьем для производства разнообразных изделий методами порошковой металлургии, а также нанесения функциональных и защитных покрытий.
В последнее время пристальное внимание уделяется разработке способов получения и исследованию свойств интерметаллических систем на основе металлов подсемейства железа и алюминия. В системе Fe-Al получены различные метастабильные фазы в зависимости от соотношения содержания этих элементов. Это дает возможность регулировать физико-химическими и физико-механические свойства получаемых материалов.
Для синтеза систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) используют механохимические методы, которые далеко не всегда эффективны и весьма энергозатратны. Более перспективными в ряде случаев являются методы, основанные на использовании редокс-процессов, протекающих на более химически активном компоненте в растворах, содержащих ионы других металлов. Механизм такого редокс-процесса, влияние его условий на кинетику, структуру и свойства получаемой композиции находится на стадии изучения.
Экспериментальные данные и их теоретическая интерпретация позволяют разработать способ получения интерметаллических систем на основе металлов подсемейства железа и алюминия с заданными свойствами из водных растворов, а также способы их компактирования для получения компактных материалов и функциональных покрытий.
Цель работы. Разработка способа и технологической схемы получения интерметаллических систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) на основе редокс-процесса, составной частью которого является восстановление ионов железа (III), никеля (II), кобальта (II) до элементного состояния из водных растворов и их использование в качестве предшественника для получения компактных материалов.
Научная новизна.
Предложена кинетическая модель превращения редокс-форм металлов подсемейства железа, протекающего в растворе при их контакте с алюминием. На основе анализа кинетических данных с помощью разработанной модели и положений формальной кинетики предложено модифицированное уравнение кинетики гетерогенных реакций, учитывающее фрактальную размерность поверхности твердой фазы.
Установлено, что синтезированные системы на основе металлов триады железа и алюминия, полученные из хлоридсодержащих растворов, представляют собой пористые фрактальные структуры с нерегулярным соотношением М:Al (M=Fe, Ni, Co).
* - Научным консультантом в области получения компактных материалов и физико-механических исследований является Ф.Н. Дресвянников.
Установлена связь химического состава с морфологией и фрактальной структурой осадков, оказывающих влияние на физико-химические и физико-механические свойства синтезированных бинарных (железоалюминиевых) и сложных (железо-никель-алюминиевых, железо-кобальт-алюминиевых, железо-никель-кобальт-алюминиевых) композиций.
Предложен способ получения систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) с заданными размерами частиц и свойствами.
Показана возможность использования систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) в качестве предшественников для получения компактных материалов и покрытий.
Установлены оптимальные условия компактирования образцов дисперсных композитных систем и нанесения покрытий с помощью ВЧ-разряда.
Практическая значимость работы.
Создана технологическая схема переработки техногенных сред, содержащих металлы подсемейства железа.
Разработана технологическая схема получения интерметаллических систем, содержащих металлы подсемейства железа, с конкретно заданным количественным соотношением элементов.
Предложены составы предшественников для получения функциональных покрытий плазменным методом, содержащих интерметаллиды на основе алюминия и металлов подсемейства железа.
Разработаны составы интерметаллических систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) для получения компактных материалов методами порошковой металлургии.
На защиту выносятся:
Способ получения систем Al-Fe-M (M=Ni, Co) с заданными размерами частиц и свойствами.
Взаимосвязь фрактальной структуры осадков с морфологией, физико-химическими и физико-механическими свойствами синтезированных бинарных и сложных композиций.
Рекомендации по использованию данных систем в качестве предшественников для получения компактных материалов и покрытий.
Оптимальные условия компактирования образцов дисперсных композитных систем и нанесения покрытий с помощью ВЧ-разряда.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Научно-практической конференции «Композиты –XXI века» (Энгельс, 2004, 2007), XVII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции “Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий” (Казань, 2005), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007). Результаты работы также докладывались на отчетных научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета 2003-2007 гг.
Работа выполнена в рамках Государственной программы развития приоритетных направлений науки РТ «Фундаментальные основы химии и разработка новых высоких технологий» (2002-2006) при поддержке гранта Фонда НИОКР АН РТ №07-7.1-2/2006 (Г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 7 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, трех глав экспериментальной части, заключения, списка литературы. Диссертация изложена на 142 страницах, содержит 45 рисунков и 16 таблиц. Список использованных литературных источников состоит из 187 наименований.
