Твердотельный синтез поверхностно-наноструктурированных металлов (Ni,Cu,Al) через стадию адсорбционного модифицирования

• Автор: Пантюшин, Иван Всеволодович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Глава 1. Методы получения дисперсных металлов и способы стабилизации свойств их поверхности

1.1. Методы получения дисперсных (наноструктурированных) металлов

1.2.Адсорбционное модифицирование поверхности металлов и молекулярное наслаивание

1.3.Термохимическая стабильность поверхности металлов и твердотельный гидридный синтез металлических материалов

Глава 2. Установка для синтеза, объекты и методы исследования

2.1.Исходные реагенты

2.2.Установка для синтеза и его методики

2.3.Физические и физико-химические методы исследования структуры металлов

2.4.Методы исследования свойств металлов и композиций на их основе

Глава 3. Адсорбционное модифицирование никеля, меди, алюминия в парах катионных ПАВ
3.1.Контроль модифицирования поверхности и структура полученных металлов
3.2.Химическая устойчивость поверхности металла в процессе высокотемпературного окисления на воздухе
3.3.Адсорбция паров воды и водоотталкивающие свойства поверхности металлов
3.4.Взаимосвязь водоотталкивающих свойств и реакционной способности модифицированных образцов

3.5.Антифрикционные свойства смазок с присадками модифицированных металлов
Глава 4. Твердотельный гидридный синтез термо- и химически стойких дисперсных металлов. Внедрение разработанных методик и материалов на практике
4.1. Твердотельный гидридный синтез металлов
с использованием на первой стадии восстановления паров гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости
4.2. Структура полученных порошков
4.3. Взаимосвязь структуры и защитных свойств полученных металлов
4.4.Внедрение методик адсорбционного модифицирования, твердотельного гидридного синтеза и полученных дисперсных материалов на практике
Выводы
Список литерату ры Приложение

Никель, медь и алюминий широко используются в технике и технологии: как компоненты конструкционных сплавов, электронных материалов, гетерогенных катализаторов, пиротехнических составов (А1) и т.д. Задачи сохранения и улучшения качества названных металлов всегда остро стояли не только при их производстве, но и в процессе их хранения и эксплуатации. В настоящее время актуальность решения перечисленных задач возрастает в связи с большой потребностью современной промышленности в дисперсных, в том числе наноструктурированных материалах. Последние характеризуются, как правило, невысокой устойчивостью в воздушной атмосфере и агрессивных техногенных средах.
Большинство известных подходов к стабилизации структуры и свойств металлов сводятся к традиционным методам защиты от коррозии и предполагают проведение дорогостоящих и многооперационных процессов, разделенных во времени и пространстве от получения самого металла. В результате при нанесении, например, микронных защитных покрытий трудно добиться их хорошей адгезии к металлу и обеспечить длительную устойчивость металла в процессе атмосферной коррозии. Преодолеть эти сложности позволяет метод адсорбции на металле веществ - модификаторов из паров катионактивных препаратов, развиваемый в СПГГИ (ТУ) на примере алюминия. Более прогрессивным подходом является твердотельный гидридный синтез металлов, поскольку этот синтез позволяет не только производить восстановление металлов (№, Си, Бе и др.) из их соединений летучими термостойкими элементоводородами, но и одновременно за счет хемосорбции восстановителя - покрывать поверхность металла сверхтонкими защитными пленками. Усовершенствование последнего метода для практики возможно путем использования на одной из стадий восстановления относительно малотоксичного и устойчивого при контакте с воздухом реагента, содержащего в структуре реакционноспособную при нагревании

угол между плоскостью исследуемого образца и пучком электронов составлял 70°. Количественный анализ состава поверхности образцов (на А1, О, N, S, С) проводился с помощью аналитической приставки EDAX/TSL методом EDX-спектроскопии (Electronic Dispersive X-ray Spectroscopy) в двух режимах (6 и 20 кВ).
Атомно-силовая микроскопия
Микроструктуру поверхности ряда образцов исследовали на сканирующем зондовом микроскопе Solver Р47 Pro (НТ - МДТ, Россия) со сканирующей головкой ACM (атомно - силовой микроскопии) в контактном и полуконтактном (tapping mode) режимах на воздухе в Центре химической сборки и диагностики наноматериалов СПбГТИ (ТУ). Использовали кремниевый кантилевер (радиус зонда 10 или 20 нм). Сканирование образца проводили в нескольких точках и рассматривали наиболее характерные особенности его поверхности. Пробные опыты по исследованию порошков включали стадию их запрессовывания под давлением 110 бар и проводили с учетом особенностей пробоподготовки и тестирования дисперсных нанообъектов по методике, описанной в работах [82,83]. Сведения о физических основах и возможностях ACM приведены в работах [4,84-87]. АСМ-снимки модельной Al-пудры марки АСД-1 приведены в Приложении диссертации.
Метод БЭТ
Суть метода БЭТ заключается в том, что вначале поверхность рассматриваемых материалов освобождается- от адсорбированных на них веществ путем нагрева (проводится термотренировка образца). Затем при температуре жидкого азота (77 К) на этих материалах адсорбируется азот или аргон таким образом; чтобы молекулы этих газов покрывали доступную для них поверхность всего одним слоем (монослоем) [88,90].
Количество адсорбированного газа наиболее удобно и быстро можно определить так называемым динамическим методом. Для этого контролируемый материал помещается в специальную ампулу (адсорбер) и