СТРУКТУРА ФУЛЛЕРИТА В МЕХАНОКОМПОЗИТАХ ЖЕЛЕЗО-ФУЛЛЕРИТ
Аннотация
Представлены исследования структуры фуллерита C60/70 в составе композитов на основе железа. Образцы Fe-C60/70 с содержанием углерода 25 и 75 ат. % получены методом механохимического синтеза в шаровой планетарной мельнице в инертной среде. Сравнительные исследования структурно-фазового состава механокомпозитов выполнены методами рентгеновской дифракции и Рамановской спектроскопии. Показано, что структурные изменения C60/70 в условиях механосинтеза порошков железо-фуллерит определяются длительностью размола и энергонапряженностью процесса. При малых временах механообработки наблюдается разупорядочение кристаллической структуры фуллерита С60/70. При увеличении продолжительности синтеза происходит полная деструкция фуллеренов, в результате которой образуется аморфная фаза. Проведен анализ деформационной стабильности фуллеренов в зависимости от используемых параметров механического сплавления: соотношения шаров к порошку и частоты вращения водила мельницы. Сравнение данных с результатами, полученными ранее для исходного С60/70 после механоактивации, позволило заключить, что механизм деструкции С60/70 в составе механокомпозитов Fe-C60/70 носит деформационно-индуцированный характер, при этом железо является катализатором процесса. В результате разупорядочения кристаллической структуры фуллерита и деструкции фуллеренов при механическом сплавлении порошков железо-фуллерит зафиксировано формирование карбидов. Установлено, что фазовый состав механокомпозитов определяется исходным содержанием фуллерита С60/70. При содержании 25 ат. % С60/70 конечными продуктами твердофазных реакций являются Fe3C и аморфная фаза на основе железа. Несвязанный углерод в образце отсутствует. При 75 ат. % С60/70 композит состоит из карбидов Fe3C и Fe7C3 и аморфного углерода.
Литература
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A. Mechanical alloying in bina-ry Fe-M (M = C, B, Al, Si, Ge, Sn) systems. J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 5071–5079.
Yelsukov E.P., Dorofeev G.A., Fomin V.M. Phase compo-sition and structure of the Fe(100-x)C(x); x=5-25 at.% powders after mechanical alloying and annealing. J. Metastab. Nano-crystal. Mater. 2003. V. 15. P. 445–450. DOI: 10.4028/www.scientific.net/JMNM.15-16.445.
Ul´yanov A.I., Elsukov E.P., Zagaiynov A.V. Magnetic properties of mechanically alloyed and annealed powders Fe(100-x)C(x) (x = 5; 15 ат. %). Defectoskopiya. 2003. N 9. P. 44–59 (in Russian).
Lomaeva S.F., Ivanov N.V., Elsukov E.P., Gilmutdinov F.Z. Temperature stability of Fe3C in systems obtained by mechanoactivation of iron in liquid organic media. Zhurn. Strukt. Khim. 2004. V. 45. P. 163-171 (in Russian).
Barinov V.A., Kazantsev V.A., Surikov V.T. Temperature investigations of mechanosynthesized cementite. Fizika Met-al. Metallovedenie. 2014. V. 115. N 6. P. 614–623 (in Rus-sian). DOI: 10.7868/S0015323014060023.
Konygin G.N., Stevulova N., Dorofeev G.A., Yelsukov E.P. Influence of wear of grinding bodies on the results of mechanical alloying of mixtures of Fe and Si(C) powders. Khim. v Interesakh Ust. Razv. 2002. V. 10. P. 119–126 (in Russian).
Volkov V.A., Elkin I.A., Zagainov A.V. Dynamic equilib-ria of phases in the processes of mechanosynthesis of an al-loy Fe72.6C24.5O11N18. Fizika Metal. Metallovedenie. 2014. V. 115. N 6. P. 593–601 (in Russian).
Barinov V.A., Tsurin V.A., Kazantsev V.A., Surikov V.T. Carbonization of α-Fe in mechanosynthesis. Fizika Metal. Metallovedenie. 2014. V. 115. N 1. P. 57–73 (in Rus-sian).
Boshko O., Nakonechna O., Belyavina N., Dashevskyi M., Revo S. Nanocrystalline Fe–C composites obtained by mechanical alloying of iron and carbon nanotubes. Advan. Pow. Technol. 2017. V. 28. P. 964–972. DOI: 10.1016/j.apt.2016.12.026.
Barinov V.A., Tsurin V.A., Surikov V.T. Study of me-chanically synthesized carbide Fe7C3. Phys. Metal. Metallo-graph. 2010. V. 110. N 5. P. 474–484. DOI: 10.1134/S0031918X10110074.
Motozuka S., Tagaya M., Hayashi K., Morinaga M. Tex-ture formation in iron particles using mechanical milling with graphite as a milling aid. AIP ADVANCES. 2015. V. 5. P. 097127. DOI: 10.1063/1.4930915.
Sidorov L.N., Yurovskaya M.A. Fullerenes. M.: Izd-vo “Ekzamen”. 2005. 688 p. (in Russian).
Robles-Hernández F.C., Calderon H. A. Nanostructured metal composites reinforced with fullerenes. JOM: J. Miner-al., Metal. Mater. Soc. 2010. V. 62. N 2. P. 63-68. DOI: 10.1007/s11837-010-0034-6.
Shin J., Yoon S., Choi H., Shin S., Bae D. Formation of an Interstitially Alloyed Phase in Mg/C60 Composite. Met. Mater. Int. 2013. V. 19. N. 4. P. 851-854. DOI: 10.1007/s12540-013-4028-0.
Borisova P.A., Blanter M.S., Brazhkin V.V., Somenkov V.A., Filonenko V.P., Shuklinov A.V., Vasukov V.M. In-teraction of amorphous fullerene C60 with austenite Fe-Ni al-loy at high temperatures and pressures. J. Alloy. Comp. 2016. V. 65. P. 383-388. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.09.260.
Borisova P.A., Blanter M.S., Somenkov V.A. Neutron diffraction study of interaction between amorphous and crys-talline C60 fullerenes and aluminum. Izv. RAN: Ser. Fizika. 2014. V. 78. N 11. P. 1478–1481 (in Russian) DOI: 10.7868/S0367676514110064.
Robles Hernandez F.C. Production and characterization of Fe-Cgraphite and Fe-Cfullerene composites produced by dif-ferent mechanical alloying techniques. J. Metallurgy. 2004. V. 10. N 2. P. 107–118.
Popov M., Medvedev V., Blank V., Denisov V., Ki-richenko A., Tat'yanin E., Aksenenkov V., Perfilov S., Lomakin R., D'yakov E., Zaitsev V. Fulleride of alumi-num nanoclusters. J. Appl. Phys. 2010. V. 108. P. 094317. DOI: 10.1063/1.3505757.
Medvedev V.V., Popov M.Y., Mavrin B.N., Denisov V.N., Kirichenko A., Tat’yanin E.V., Ivanov L.A., Aksenenkov V.V., Perfilov S.A., Lomakin R., Blank V.D. Cu–C60 nanocomposite with suppressed recrystalliza-tion. Appl. Phys. A. 2011. V. 105. P. 45–48. DOI: 10.1007/s00339-011-6544-4.
Lad’yanov V.I., Nikonova R.M., Larionova N.S., Aksenova V.V., Mukhgalin V.V., Rud’ A.D. Defor-mation-induced changes in the structure of fullerites C60/70 during their mechanical activation. Physics of the Solid State. 2013. V. 55. N 6. P. 1319–1324. DOI: 10.1134/S1063783413060206.
Nikonova R.M., Larionova N.S., Ladyanov V.I., Aksenova V.V., Rud A.D., Kirian I.M. Changes of the structure of fullerite and graphite during their mechanical ac-tivation. J. Alloy. Comp. 2016. V. 682. P. 61–69. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.04.283.
Nikonova R.M., Larionova N.S., Ladyanov V.I., Mukhgalin V.V. Influence of structural state of carbon on formation of mechanocomposites Cu–C. J. Alloy. Comp. 2016. V. 679. P. 125–132. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.03.280.
