ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕКУРСОРОВ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕТОДОМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
Рубрики: 2. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Авторы:
1.
КНИТУ
2.
КНИТУ
3.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
4.
КНИТУ
5.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Тип:
Статья
Страницы:
с 37
по 43
Статус:
Опубликован
Получено:
25.12.2025
Одобрено:
25.12.2025
Опубликовано:
25.12.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, АЛЮМИНИЙ, ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ, КОБАЛЬТ, МЕДЬ, ОЛОВО
Аннотация (русский):
Исследован процесс формирования прекурсоров для высокоэнтропийной системы Fe-Ni-Co-Cu-Sn методом гальванического замещения в водных хлоридных растворах с использованием дисперсного алюминия в качестве восстановителя. На основании синхронизированных измерений электродного потенциала и температуры, а также анализа литературных данных, предложен механизм многостадийного процесса. Установлено, что процесс гальванического замещения может быть условно разделен на четыре этапа. На начальном этапе 1 (0-30 с) после введения порошка алюминия в раствор система характеризуется стабильным потенциалом (+0,38 В) и постоянным значением температуры. Этот индукционный период связан с некоторой задержкой активации поверхности алюминия, покрытой пассивной оксидной пленкой Al2O3. Отсутствие тепловыделения прямо указывает на то, что экзотермические реакции замещения еще не начались. По завершении индукционного периода начинается второй этап (30-75 с) - резкое, двухступенчатое падение потенциала, сопровождающееся взрывным ростом температуры. Первая ступень характеризуется быстрым снижением потенциала до квазистационарного значения около 0,0 В, что обусловлено восстановлением ионов Fe3+ до Fe2+, которые выступают первичным окислителем алюминия. Как только локальная концентрация сильного окислителя (Fe3+) у поверхности частицы падает, потенциал достигает минимума -0,38 В. Вторая ступень соответствует началу массового совместного восстановления ионов Fe2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ и Sn2+ с образованием твердой фазы - прекурсора высокоэнтропийного сплава. Третий этап характеризует квазистационарное состояние и диффузионный контроль процесса (75-170 с). После достижения пика реакционной активности (минимум потенциала и максимальная скорость роста температуры) потенциал начинает медленно смещаться в сторону положительных значений до -0,26 В, скорость роста температуры замедляется, пока не достигнет максимума в 90 °C. Установившийся потенциал является компромиссным, и определяется сопряженными реакциями замедленного растворения алюминия, диффузионно-контролируемого осаждения металлов и выделения водорода. На заключительном этапе наблюдается постепенное остывание реакционной смеси при стабильном потенциале, что свидетельствует о практически полном исчерпании ионов-окислителей в растворе. Экзотермические реакции прекращаются, и система начинает стремиться к термодинамическому равновесию с окружающей средой. Рентгенофлуоресцентный анализ подтвердил совместное осаждение всех пяти металлов, ионы которых изначально присутствовали в растворе. Полученный элементный состав образца близок к теоретическому для эквимолярной системы Fe-Ni-Co-Cu-Sn, что свидетельствует о высокой эффективности метода гальванического замещения при получении многокомпонентных прекурсоров. С помощью EDS установлено достаточно равномерное распределение осажденных металлов по поверхности частиц.
Исследован процесс формирования прекурсоров для высокоэнтропийной системы Fe-Ni-Co-Cu-Sn методом гальванического замещения в водных хлоридных растворах с использованием дисперсного алюминия в качестве восстановителя. На основании синхронизированных измерений электродного потенциала и температуры, а также анализа литературных данных, предложен механизм многостадийного процесса. Установлено, что процесс гальванического замещения может быть условно разделен на четыре этапа. На начальном этапе 1 (0-30 с) после введения порошка алюминия в раствор система характеризуется стабильным потенциалом (+0,38 В) и постоянным значением температуры. Этот индукционный период связан с некоторой задержкой активации поверхности алюминия, покрытой пассивной оксидной пленкой Al2O3. Отсутствие тепловыделения прямо указывает на то, что экзотермические реакции замещения еще не начались. По завершении индукционного периода начинается второй этап (30-75 с) - резкое, двухступенчатое падение потенциала, сопровождающееся взрывным ростом температуры. Первая ступень характеризуется быстрым снижением потенциала до квазистационарного значения около 0,0 В, что обусловлено восстановлением ионов Fe3+ до Fe2+, которые выступают первичным окислителем алюминия. Как только локальная концентрация сильного окислителя (Fe3+) у поверхности частицы падает, потенциал достигает минимума -0,38 В. Вторая ступень соответствует началу массового совместного восстановления ионов Fe2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ и Sn2+ с образованием твердой фазы - прекурсора высокоэнтропийного сплава. Третий этап характеризует квазистационарное состояние и диффузионный контроль процесса (75-170 с). После достижения пика реакционной активности (минимум потенциала и максимальная скорость роста температуры) потенциал начинает медленно смещаться в сторону положительных значений до -0,26 В, скорость роста температуры замедляется, пока не достигнет максимума в 90 °C. Установившийся потенциал является компромиссным, и определяется сопряженными реакциями замедленного растворения алюминия, диффузионно-контролируемого осаждения металлов и выделения водорода. На заключительном этапе наблюдается постепенное остывание реакционной смеси при стабильном потенциале, что свидетельствует о практически полном исчерпании ионов-окислителей в растворе. Экзотермические реакции прекращаются, и система начинает стремиться к термодинамическому равновесию с окружающей средой. Рентгенофлуоресцентный анализ подтвердил совместное осаждение всех пяти металлов, ионы которых изначально присутствовали в растворе. Полученный элементный состав образца близок к теоретическому для эквимолярной системы Fe-Ni-Co-Cu-Sn, что свидетельствует о высокой эффективности метода гальванического замещения при получении многокомпонентных прекурсоров. С помощью EDS установлено достаточно равномерное распределение осажденных металлов по поверхности частиц.
Ключевые слова:
ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, АЛЮМИНИЙ, ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ, КОБАЛЬТ, МЕДЬ, ОЛОВО
ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, АЛЮМИНИЙ, ЖЕЛЕЗО, НИКЕЛЬ, КОБАЛЬТ, МЕДЬ, ОЛОВО
