Устойчивость продуктов сгорания в воздухе смесей нанопорошка алюминия с диоксидами титана и циркония к действию фтороводородной кислоты в восстановительной среде

Abstract

Актуальность работы связана с необходимостью получения нитридов титана и циркония с использованием менее энергозатратных способов: синтез сжигания в воздухе смесей нанопорошка алюминия с диоксидами титана и циркония, и поиском оптимальных условий для максимального выхода нитридов элементов IV группы побочной подгруппы. Тугоплавкие нитриды используются для нанесения декоративных и коррозионностойких покрытий на различные изделия: обрабатывающий инструмент, детали машин, в медицине в качестве зубных имплантатов и в производстве сувениров. Цель работы: установление фазового состава продуктов сгорания смесей нанопорошка алюминия с диоксидами титана, циркония после их обработки раствором плавиковой кислоты и гидразина. Методы исследования: дифференциальный термический анализ (STD Q600, США), рентгенофазовый анализ (ДРОН-3.0, Россия) Результаты. Установлено, что нитриды титана и циркония, полученные при сгорании в воздухе нанопорошка алюминия с их диоксидами, устойчивы в течение 1 часа в растворе плавиковой кислоты и гидразина. При более длительной обработке нитрид титана сохранился, а нитрид циркония растворился, что обусловлено природой химических свойств этих нитридов: снижением полярности связи Me-O. Не содержащий окислителя раствор плавиковой кислоты с гидразином не активен в комплексообразовании и переводе в раствор a-оксида алюминия, диоксида титана, диоксида циркония, но в то же время в нем растворился алюминий и его соединения, в том числе и нитрид алюминия. После обработки продуктов сгорания смеси нанопорошка алюминия и диоксида титана в течение 1 часа раствором плавиковой кислоты и гидразина интенсивность их рефлексов на рентгенограмме практически не изменилась: нитрид титана - 100 %, a-оксид алюминия - 47,3 %, нитрид алюминия - 14,5 % и диоксид титана - 22,5 %.

The relevance of the research is related to the need to obtain titanium and zirconium nitrides using less energy-consuming methods, in particular by combustion synthesis of nitrides in the air using aluminum nanopowder as a reductor. The work is devoted to the finding of the optimum conditions ensuring the maximum yield of the nitrides of the group IV B elements. The refractory nitrides are applied as decorative and corrosion-resistant coatings on various products, such as processing tool, machine parts, as dental implants and for souvenirs production. The main aim of the study is to determine the phase composition of the combustion products of the aluminum nanopowder with titanium and zirconium dioxides after their processing by solution of fluoric acid and hydrazine of treatment. The methods used in the study: differential thermal analysis (SDT Q 600, USA), X-ray diffraction (DRON-3.0, Russia) The result. Titanium and the zirconium nitrides obtained by combustion of aluminum nanopowder with dioxides (TiO2, ZrO2) in air are stable during 1 hour in the solution of the fluoric acid and the hydrazine. At longer treatment titanium nitride was preserved and zirconium nitride was dissolved that is caused by the nature of chemical properties of these nitrides. The solution of hydrofluoric acid with hydrazine without oxidizer is not active in the complexation and in transfer to the solution of a-aluminium oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide. But at the same time, aluminum and its compounds, including aluminum nitride, were dissolved in this solution. After processing the combustion products of aluminum nanopowder and titanium dioxide mixture for 1 hour with a solution of hydrofluoric acid and hydrazine, the intensity on the X-ray pulses is practically unchanged: titanium nitride - 100 %, a-aluminium oxide - 47,3 %, aluminum nitride - 14,5 % and titanium dioxide - 22,5 %.