Идентификации фуллеренов в структуре железоуглеродистых сплавов
Автор: Кузеев Искандер Рустемович
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: В смежных отраслях
Статья в выпуске: 6 т.9, 2017 года.
Бесплатный доступ
В строительной индустрии широко применяются стали различного назначения, например, в качестве армирующего материала в железобетонных конструкциях. В нефтегазовой отрасли используются стальные сооружения для хранения и транспортировки взрывоопасных токсичных сред. При этом случаются катастрофические разрушения, которые указывают на недостаточно глубокие знания о процессах, происходящих в конструкционных материалах в процессе их нагружения. Исследования последних лет указывают на то, что многие свойства сталей закладываются на наноуровне при кристаллизации из расплава и термической обработке. Обнаружение и идентификация различными методами фуллеренов С60 и С70, которые являются самостоятельными нанообъектами в структуре железа, требует изучения влияния этих объектов на формирование свойств сталей. Атомы железа могут выступать в качестве катализатора и, взаимодействуя с крупными ароматическими структурами или фрагментами графитовых плоскостей, формируют объемные структуры типа фуллеренов. При этом возможно и обратное явление: влияние образовавшихся нанообъектов на структурирование атомов железа, поскольку размер фуллеренов сопоставим с размером устойчивого зародыша кристаллической фазы железа. В работе обсуждается вопрос о механизмах образования фуллеренов в сталях и чугунах. Наиболее сложной проблемой в исследованиях является идентификация фуллеренов спектральными методами вследствие малого количества выделяемых молекул. Для повышения чувствительности метода ИК-спектрометрии фуллеренов предлагается использовать бромид калия. Высушенный и измельченный осадок, полученный в результате растворения матрицы железа в сталях, смешивается с бромидом калия, при этом смесь окрашивается в ярко оранжевый цвет. Это свидетельствует о присутствии бромистых фуллеренов и о наличии фуллеренов в исследуемых образцах. Показано, что предложенный алгоритм подготовки пробы существенно повышает чувствительность метода.
Углерод, фуллерены, стали, ик-спектрометрия, бромид калия, плавиковая кислота
Короткий адрес: https://sciup.org/142211960
IDR: 142211960 | УДК: 669.017 | DOI: 10.15828/2075-8545-2017-9-6-151-163
Identification of fullerenes in iron-carbon alloys structure
Steels of various purposes are used in the construction industry, for example, as the reinforcement material in reinforced concrete structures. In the oil and gas industry, steel structures are used for storage and transportation of explosive toxic media. In this case the catastrophic damages might take place, that points at insufficiently deep knowledge about the processes running in structural materials when load is applied. Recent studies show that many properties of steel are set at the nanoscale level during crystallization from the molten metal and thermal treatment. To detect and identify fullerenes С60 and С70, which are independent nanoscale objects in steel structure, by various methods requires studying of how these objects influence on formation of steel properties. Iron atoms can serve as a catalyst and, interacting with large aromatic structures or fragments of the graphite planes, they form voluminous fullerene-type structures. The inverse phenomenon, i.e. influence of the formed nanoscale objects on structuring of the iron atoms, is also possible, as fullerene size is comparable with the size of the stable nucleus of the iron crystalline phase. The article discusses the issue of mechanisms of fullerenes formation in steels and cast irons. The most complicated issue in the study is the fullerenes identification by spectral methods as the quantity of released molecules is small. In order to increase the sensitivity of the fullerenes IR-spectrometry method, potassium bromide has been proposed to use. Dried and reduced sediment obtained as a result of dissolving iron matrix in steels is mixed with potassium bromide, the mixture becomes bright-orange. This fact points to presence of bromic fullerenes and to presence of fullerenes in the studied specimens. It is shown that the offered specimen preparation algorithm significantly increases sensitivity of the method.
Список литературы Идентификации фуллеренов в структуре железоуглеродистых сплавов
- Власов В.А. Изобретения в области нанотехнологий обеспечивают повышение прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных полимерных и металлополимерных материалов//Нанотехнологии в строительстве. -2014.-Т. 6., № 1. -С. 68-90.
- Власов В.А. Изобретения в области нанотехнологий существенно улучшают эксплуатационные свойства бетонов, полимеров, металлов и других материалов//Нанотехнологии в строительстве. -2014. -Т. 6., № 3. -С. 77-95.
- Кондаков А.И. Модификация матрицы строительного композита функционализированными углеродными нанотрубками/А.И. Кондаков, З.А. Михалева, А.Г. Ткачёв, А.И. Попов, С.Ю. Горский//Нанотехнологии в строительстве. -2014.-Т. 6., № 4. -С. 31-44.
- Закирничная М.М. Образование фуллеренов в процессе диффузии углерода в структуру стали/М.М. Закирничная, И.Р. Кузеев, О.И. Ткаченко//Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. -2012. -№ 2. -С. 112-119.
- Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1986. -544 с.
- Губенко С.И. К вопросу о синтезе алмаза//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1994. -№ 3. -С. 37.
- Жуков А.А. Об образовании компактного графита в чугуне/А.А. Жуков, Р.Л. Снежной, С.В. Давыдов//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1981. -№ 9. -С. 21.
- Кимстач Г.М. Об образовании карбина в Fe-C сплавах/Г.М. Кимстач, А.А. Уртаев, Т.Д. Молодцова//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1988. -№ 4. -С. 9-12.
- Кимстач Г.М. О существовании карбина в структуре аустенитного чугуна/Г.М. Кимстач, А.А. Уртаев, Т.Д. Молодцова//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1991. -№ 2. -С. 17-18.
- Жуков А.А. О формах существования углерода в чугунах//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1992. -№ 11. -С. 34.
- Zhukov A.A. Soviet research work on the liquid state on cast iron/A.A. Zhukov, R.L. Snezhnoy, N.G. Girshovitch//AFS International Cast Metals Journal. -1976. -№ 1. -P. 11-16.
- Zhukov A.A. New findings in carbon chemistry and their relation to cast iron/Zhukov A.A., Ramachandra Rao P.//Indian Foundry Journal. -1994. -№ 6. -P.13-18.
- Гветадзе Р.Г. Особенности формирования структуры высокопрочных деформируемых чугунов/Р.Г. Гветадзе, Н.З. Хидашели, В.Г. Черный, Г.Н. Гогесашвили, З.В. Свистунова//Литейное производство. -1990. -№ 3. -С. 708.
- Lipson H. The crystal structure of cementite Fe2C/H. Lipson, N.J. Petch//Iron and Steel Institute. -Vol. 142. -№ 1. -P. 95-106.
- Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. -Киев: Наукова думка, 1987. -207 с.
- Рахманов Н.Я. Тепловое расширение цементита заэвтектоидного железоуглеродистого сплава/Н.Я. Рахманов, А.Ф. Сиренко, С.А. Баларев//Материаловедение и термическая обработка металлов. -1997. -№ 1. -С. 6-11.
- Арзамасов Б.Н. Материаловедение. -М.: Машиностроение, 1986. -394 с.
- Закирничная М.М. Образование фуллеренов в углеродистых сталях и чугунах при кристаллизации и термических воздействиях. -Уфа: «Гилем», 2002. -180 с.
- Кузеев И.Р. Исследование углеродных форм в железоуглеродистых сплавах/И.Р. Кузеев, С.В. Попова, Ю.Н. Савичева//Геология. Известия Отделения наук о Земле и природных ресурсах АН РБ. -2009. -№ 14. -С. 135-136.
- Домрачев Г.А. Роль углерода и металла в самоорганизации системы железо -углерод при различном содержании компонентов/Г.А. Домрачев, А.И. Лазарев, Б.С. Каверин, А.Н. Егорочкин, А.М. Объедков, Е.Г. Домрачева, Л.Г. Домрачева, Г.В. Марки, Nava E. Huipe, А.А. Сорокин, О.Н. Суворова, В.Л. Карнацевич, А.И. Кириллов, А.А. Закуражнов//Физика твердого тела. -2004. -Т. 46. -Вып. 10. -С. 1901-1915.
- Бехтерев А.Н. Спектроскопия колебательных состояний в средах на основе конденсированного углерода и наноуглерода//Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физ-мат. наук. -С. Петербург. -2007. -40 с.
- Кузеев И.Р. Углерод в структуре железной матрицы и его влияние на эксплуатационные свойства конструкционных сталей/И.Р. Кузеев, С.В. Попова, А.Н. Васильев, Е.В. Шемагонова//Управление качеством в нефтегазовом деле. -2010. -№ 1 -С. 30-33.
