НІОБІЙ У МІДІ ТА СПЛАВАХ НА ЇЇ ОСНОВІ. ОГЛЯД
DOI:
https://doi.org/10.18664/1994-7852.206.2023.296691Ключові слова:
мідь, сплави міді, мідь-ніобій, ультрадрібниста зеренна структура, термостійкістьАнотація
У науково-технічному літературному огляді досліджено використання ніобію як екологічно безпечної та ефективної легуючої добавки для підвищення температурної стабільності структури і властивостей мідних виробів з ультрадрібнистою зеренною структурою. Значна увага приділена потенціалу ніобію як легуючої добавки в контексті інноваційного використання ніобію для утворення особливого «шару» на межах зерен з метою посилення його впливу на структуру, особливо зеренну, і відповідно властивості міді та матеріалів на її основі. Огляд літературних та інформаційних джерел, присвячених фазовій діаграмі Cu-Nb, показав, що ніобій є одним з найбільш сильнодіючих сегрегантів для обмеження зростання зерен у бінарних сплавах на основі міді. Крім того, розглянуто ефективність ніобію як легуючого елементу, що покращує зеренну структуру, і механізми, що, як вважається, лежать в основі цього явища. Зокрема, було розглянуто використання легування і технологій і методів обробки рідкого металу для подрібнення зеренної структури сплавів міді. З’ясовано, що ніобій у сплавах на мідній основі використовується також для поліпшення фізико-механічних і технологічних властивостей. Висвітлено вплив мікродомішок на кінцеву структуру сплаву мідь-ніобій, що стосується певних вимог до чистоти вхідних використовуваних матеріалів і технологій, з метою усунення забруднення розплаву та поліпшення його гомогенізації. В огляді стисло розглянуто й інші методи, які можна використати для утворення особливого «шару» на межах зерен. Зокрема, було вивчено технології механічного легування та методи одночасного осадження пари компонентів сплаву у вакуумі. На підставі результатів літературного аналізу показана значна перспективність методів одночасного осадження пари компонентів сплаву у вакуумі для створення особливого «шару» на межах зерен. У статті розглянуто результати досліджень сегрегації ніобію на границях зерен системи мідь-ніобій та інших подібних систем, внаслідок чого встановлено, що вдосконалення низки описаних технологій і методів можуть бути досить перспективними для подальшого розроблення технології з метою впровадження її у виробництво.
Посилання
SEYBolt, ALAN U. Effect of Columbium on Some Annealing Characteristics of Copper and 80-20 Cupronickel. TRANS METALL SOC AIME 147 (1942): 226-230.
Tsuei C. C. and Newkirk L. R. Superconductivity of copper containing small amounts of niobium. Journal of Materials Science 8.9 (1973): 1307-1314.
Vo N., Schafer J., Averback R., Albe K., Ashkenazy Y., Bellon P. (2011). Reaching theoretical strengths in nanocrystalline Cu by grain boundary doping. Scripta Materialia 65 (8):660-663.
Khalajhedayati, Amirhossein, Zhiliang Pan, and Timothy J. Rupert. Manipulating the interfacial structure of nanomaterials to achieve a unique combination of strength and ductility. Nature communications 7 (2016): 10802.
Schade C., Murphy T., Lawley A. & Doherty R. (2012). Microstructure and mechanical properties of microalloyed PM steels. International Journal of Powder Metallurgy. 48(3):51-59.
Sooksaen P., Yongvanich N., Penglao W., Jeentong R. & Worapakapakorn B. (2013). High Content of Niobium on the Properties of Barium Titanate Ceramics. Ferroelectrics. 452(1):22-26.
Yang Wenfan et al. Strength and ductility of bulk Cu/Nb nanolaminates exposed to extremely high temperatures. Scripta Materialia. 166 (2019): 73-77.
Kapoor Monicaet al. "An atom probe study on Nb solute partitioning and nanocrystalline grain stabilization in mechanically alloyed Cu-Nb. Acta Materialia. 126 (2017): 564-575.
Flokstra M. G. et al. Observation of anomalous Meissner screening in Cu/Nb and Cu/Nb/Co thin films. Physical review letters. 120.24 (2018): 247001.
Zhang Liang et al. Liquid-phase thermodynamics and structures in the Cu–Nb binary system. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 21.2 (2013): 025005.
Głuchowski W. et al. Microstructural characterization of high strength high conductivity Cu-Nb microcomposite wires. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 46.1 (2011): 40-49.
Jia Nan et al. Simulation of shear banding in heterophase co-deformation: example of plane strain compressed Cu–Ag and Cu–Nb metal matrix composites. Acta Materialia. 61.12 (2013): 4591-4606.
Barbalace K. 1995-2011. Periodic Table of Elements-Copper-Cu and Niobium-Nb. URL: https://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/ [Accessed: 12/12/2023].
OKAMOTO H. Cu-Nb (Copper-Niobium). Journal of phase equilibria and diffusion. 2012. 33.4: 344-344.
Hämäläinen M. et al. A thermodynamic analysis of the binary alloy systems Cu-Cr, CuNb and Cu-V. Calphad. 14.2 (1990): 125-137Li.
D., Robinson M. B., Rathz T. J. & Williams G. (1998). Liquidus temperatures and solidification behavior in the copper–niobium system. Acta materialia.46(11), 3849-3855.
Cao, Chongde D. et al. Metastable phase diagrams of Cu-based alloy systems with a miscibility gap in undercooled state. Journal of materials science. 46.19 (2011): 6203-6212.
Cziegler A. K. and Schumacher P. Investigation of the correlation between growth restriction and grain size in Cu alloys. International Journal of Cast Metals Research. 30.4 (2017): 251-255.
Popov I. A. and Shiryaeva N. V. Constitution diagram of Nb-Cu alloys Zh. Neorg. Khim. 6(10). Р. 2334-2340 (1961) in Russian; translated as Russ. J. Inorg. Chem. 6(10). Р. 1184-1187 (1961).
Zhang L., Wang E. G., Zuo X. W., Wang W. B. & He J. C. (2013). Effect of the Linear Electromagnetic Stirring on Microstructure and Properties of Cu-10% Nb Alloys. In Applied Mechanics and Materials. Vol. 395. Р. 205-208. Trans Tech Publications Ltd.
Laporte Vincent and Andreas Mortensen. Intermediate temperature embrittlement of copper alloys. International Materials Reviews. 54.2 (2009): 94-116.
Nikolaev A. K. and Rozenberg V. M. Properties of Cu− Nb alloys. Metal Science and Heat Treatment. 14.10 (1972): 888-890.
Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. Москва: Мир, 1972. 406 с.
Suzuki H., Kanno M. and Maeda T. Effects of small amounts of additive elements on softening temperature und electrical resitivity of cold-worked pure copper. Nippon Kinzoku Gakkaishi. (1952). 47.9 (1983): 794-801.
Suzuki H., Kanno M. and Ohsako T. Effect of a Trace Addition of III a Elements on Annealing Characteristics of Cold-Worked Pure Copper. J. Jpn. Inst. Met. 48.8 (1984): 854-860.
Suzuki H., Kanno M. and Maeda T. Effects of a Small Addition of Transition Elements on the Heat-Resisting and Electrical Properties of Cold-Worked Pure Copper. J. Jpn. Inst. Met. 48.2 (1984): 209-213.
Makita H., Hanada S. and Izumi O. Effects of 0. 1 mol.% Additional Elements on the Recrystallization Texture of Cold-Rolled Pure Copper. J. Jpn. Inst. Met. 50.
Lu Bai Ping, Jun Zhe Zhang and Yu Feng Fang. Effects of Nb Element on Mircostructure, Thermal Conductivity and Melting Point of Cu-Ni-Nb Alloy Prepared by Vacuum ArcMelting. Advanced Materials Research. Vol. 941. Trans Tech Publications Ltd, 2014.
Foner Simon and Brian B. Schwartz. Superconductor material science: metallurgy, fabrication, and applications. New-York and London: Plenum Press. (1981).
Filgueira Marcello and Daltro Garcia Pinatti. In situ diamond wires: Part I. The Cu–15 vol.% Nb high strength cable. Journal of materials processing technology. 128.1-3 (2002): 191-195.
Scher Harvey and Zallen Richard. Critical density in percolation processes. The Journal of Chemical Physics. 53.9 (1970): 3759-3761.
Davis Joseph R. ed. Copper and copper alloys. ASM international, 2001.
Guan Ren-Guo and Di Tie. A review on grain refinement of aluminum alloys: progresses, challenges and prospects. Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 30.5 (2017): 409-432.
StJohn D. H. et al. Grain refinement of magnesium alloys: a review of recent research, theoretical developments, and their application. Metallurgical and materials transactions. A 44.7 (2013): 2935-2949.
Northcott: The Influence of Alloying Elements on the Crystallization of Copper. Part ISmall Additions and the Effect of Atomic Structure, J. Institute oj Metals. 1938. Vol. 62, No. 2. Р. 101.
Bustos O. L. and Reif W. Kornfeinung von reinstkupfer durch chemische zusa. tze, teil 1. Metall. 1993. 47, (11). 1005–1014.
Balart María José et al. Grain refinement of deoxidized copper. Metallurgical and Materials Transaction.s A 47.10 (2016): 4988-5011.
Schuler Jennifer D. and Timothy J. Rupert. Materials selection rules for amorphous complexion formation in binary metallic alloys. Acta Materialia. 140 (2017): 196-205.
Khalajhedayati A. Rupert T. J. High-temperature stability and grain boundary complexion formation in a nanocrystalline Cu–Zr alloy. JOM 67. (2015). 2788–2801.
Rupert Timothy J. The role of complexions in metallic nano-grain stability and deformation. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 20.5 (2016): 257-267.
Schuler Jennifer D. et al. Solid-state dewetting instability in thermally-stable nanocrystalline binary alloys. Materialia. 9 (2020): 100618.
Turlo Vladyslav and Timothy J. Rupert. Prediction of a wide variety of linear complexions in face centered cubic alloys. Acta Materialia 185 (2020): 129-141.
Ding Jie et al. Tailoring the thermal stability of nanocrystalline Ni alloy by thick grain boundaries. Scripta Materialia. 182 (2020): 21-26.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
