Формирование нитрида титана-кобальта Ti_0.7Co_0.3N в условиях плазмохимического синтеза в низкотемпературной азотной плазме

Нанокомпозиции со структурой «ядро-оболочка» представляют интерес в различных областях материаловедения и химии твердого тела, так как наряду с традиционными тугоплавкими компонентами в виде карбидов или нитридов и индивидуальных металлов (Ni, Co) в них появляются фазы смешанного состава. типа Me1_1-xMe2_xN (Me1 – тугоплавкий элемент IV-VIA подгруппы, Me2 – Ni или Co), образующиеся при синтезе в составе одной высокодисперсной частицы. Следует отметить, что такие многокомпонентные системы являются метастабильными и не могут быть получены в индивидуальном состоянии. В то же время в системах с участием нитридных соединений при экстремальной обработке образуются фазы типа Me1_1-xMe2_xN. В настоящей работе использовалась технология плазмохимического синтеза с последующей переконденсацией газообразного азота во вращающемся цилиндре. Работа направлена на получение метастабильного нитрида титана-кобальта Ti_0.7Co_0.3N в рамках нано- и ультрадисперсных структур Ti(Mo)C-Co «ядро-оболочка». Все фазовые компоненты заявляемых композиций определены методом рентгеновской дифракции. Дополнительно наночастицы Ti(Mo)C–Co исследовали методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и электронной дифракции. Установлено, что Ti_0.7Co_0.3N имеет сильнодеформированное напряженное состояние, о чем свидетельствует одиночный рефлекс (101) на рентгенограмме. В работе также рассмотрены некоторые аспекты кристаллохимического дизайна Ti_0.7Co_0.3N, полученные в ходе структурно-морфологической аттестации нанокомпозиции Ti(Mo)C–Co.

1. Wang D., Bai Y., et al. Optimization of sintering parameters for fabrication of Al2O3/TiN/TiC micro-nano-composite ceramic tool material based on microstructure evolution simulation. Ceramics international, 2021, 47, P. 5776–5785.

2. Hao J., Li J., Shi W., Wang B., Tan Y. The novel effect mechanism of Al2O3 nano-powder in the pack cementation process to prepare SiC coating on C/C composites. Journal of the European Ceramic Society, 2021, 41, P. 1107–1113.

3. Moghanlou F.S., Vajdi M., et al. Spark plasma sinterability and thermal diffusivity of TiN ceramics with graphene additive. Ceramics International, 2021, 47, P. 10057–10062.

4. Akinribide O.J., Obadele B.A., et al. Sintering of binderless TiN and TiCN-based cermet for toughness applications: Processing techniques and mechanical properties: A review. Ceramics International, 2019, 45, P. 21077–21090.

5. Fu Z., Kong J.H., Gajjala S.R., Koc R. Sintering, mechanical, and oxidation properties of TiC-Ni-Mo cermets obtained from ultra-fine TiC powders. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 751, P. 316–323.

6. Park K., Hirayama Y., et al. Anisotropic Sm–Co nanopowder prepared by induction thermal plasma. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 882, 160633.

7. Plohl O., Ajdnik U., et al. Superior stability and high biosorbent efficiency of carboxymethylchitosan covalently linked to silica-coated coreshell magnetic nanoparticles for application in copper removal. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019, 7, 102913.

8. Coleman D., Mangolini L. Plasmonic core-shell silicon carbide-graphene nanoparticles. CS Omega, 2019, 4, P. 10089–10093.

9. Yu J., Yu H., et al. Synthesis and electrochemical activities of TiC/C core-shell nanocrystals. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 693, P. 500–509.

10. Lang S.-T., Yan Q.-Z., Sun N.-B., Zhang X.-X. Preparation of W–TiC alloys from core–shell structure powders synthesized by an improved wet chemical method. Rare Metals, 2018, 6.

11. Storozhenko P.A., Guseinov Sh.L., Malashin S.I. Nanodispersed powders: synthesis methods and practical applications. Nanotechnologies in Russia, 2009, 4, P. 262–274.

12. Polak L. Elementary chemical processes and kinetics in a non-equilibrium and quasi-equilibrium plasma. Pure and Applied Chemistry, 1974, 39, P. 307–342.

13. Chalmers B. Principles of solidification. John Wiley and Sons, Springer, New York, Dordrecht, Heidelberg, London, 1964, 319 p.

14. Sch¨onberg N. The tungsten carbide and nickel arsenide structures. Acta Metallurgica, 1954, 2, P. 427–432.

15. Sch¨onberg N. Contributions to the knowledge of the molybdenum-nitrogen and the tungsten-nitrogen systems. Acta Chemica Scandinavica, 1954, 8, P. 204–207.

16. Sch¨onberg N. An X-ray investigation on ternary phases in the Ta–Me–N systems (Me = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni). Acta Chemica Scandinavica, 1954, 8, P. 213–218.

17. Bhaskar U.K., Pradhan S.K. Microstructural evolution of nanostructured Ti0.7Ni0.3N prepared by reactive ball-milling. Materials Research Bulletin, 2013, 48, P. 3129-3135.

18. Ermakov A.N., Luzhkova I.V., et al. Formation of complex titanium-nickel nitride Ti0.7Ni0.3N in the ‘core-shell’ structure of TiN-–Ni. Int. J. of Refractory Metals and Hard Materials, 2019, 84, 104996.

19. Fultz B., Howe J.M. Transmission electron microscopy and diffractometry of materials, 3rd ed. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008, 758 p.

20. Ermakov A.N., Misharina I.V., et al. The peculiarities of phase formation in TiN–Ni system after plasma-chemical treatment of titanium nickelide and sintering of the obtained composition. Materialovedenie, 2011, 3, P. 34–38. [in Russian]

21. Gumenik M., Waylen T.J. Cermets. Ed. by Tinklepaugh J.R., Crandall W.B. Reinhold Publishing Corporation, Chapman and Hall, Ltd., New York, London, 1960, 244 p.

22. Schuster J.C., Nowotny H. Molybd¨an- und molybd¨an-wolfram-carbide im temperaturbereich von 600 – 1600 ◦C. Monatshefte fur Chemie, 1979, 110, P. 321–332.

23. Kosolapova T.Ya. Handbook of high temperature compounds: properties, production, applications. CRC Press, New York, Washington, Philadelphia, London, 1990, 958 p.

24. Barin I. Thermochemical Data of Pure Substances. Third Edition. In collab. with Gregor Platzki. VCH, Weinheim, New York, Base1, Cambridge, Tokyo, 1995, 2003 p.