izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2021-25-3-8-26izvestswsu-921Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceИсследование процесса формования и консолидации заготовок из механосинтезированных порошков гафнатов европия и церияInvestigation of Molding Process and Consolidation of Preforms from Mechanically Synthesized Powders of Europium and Cerium Hafnateshttps://orcid.org/0000-0002-1790-5004ЕремееваЖ. В.EremeevaZh. V.

Еремеева Жанна Владимировна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049

Zhanna V. Eremeeva, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of Powder Metallurgy and Functional Coatings Department

4 Leninsky Prospekt, Moscow 11

eremeeva-shanna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3862-8624АгеевЕ. В.AgeevE. V.

Агеев Евгений Викторович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Evgeny V. Ageev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Materials Technology and Transport Department

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

ageev_ev@mail.ruШарипзяноваГ. Х.SharipzyanovaG. K.

Шарипзянова Гюзель Харрясовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлургии

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023

Gyuzel K. Sharipzyanova, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of Metallurgy Department

38 Bolshaya Semenovskaya str., Moscow 107023

guzel@mtw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2153-0743КапланскийЮ. Ю.KaplanskyYu. Y.

Капланский Юрий Юрьевич, кандидат технических наук, научный сотрудник научно-учебного центра НУЦ СВС НИТУ МИСиС

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049

Yuri Y. Kaplansky, Cand. of Sci. (Engineering), Researcher at the Scientific and Educational Center of NUC of NUST MISIS

4 Leninsky Prospekt, Moscow 11

yury.kaplanscky@gmail.comНиткинН. М.NitkinN. M.

Ниткин Николай Михайлович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры материаловедения

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023

Nikolay M. Nitkin, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of Materials Science Department

38 Bolshaya Semenovskaya str., Moscow 107023

kolia-msk@yandex.ruАхметовА. С.AkhmetovA. S.

Ахметов Аманкельды Серикбаевич, ассистент кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049

Amankeldy S. Akhmetov, Assistant of the Powder Metallurgy and Functional Coatings Department

4 Leninsky Prospekt, Moscow 11

 

aman1aotero@gmail.comОрловВ. Л.OrlovV. L.

Орлов Вадим Леонидович, старший преподаватель кафедры иностранных языков

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023

Vadim L. Orlov, Senior Lecturer of the Foreign Languages Department

38 Bolshaya Semenovskaya str., Moscow 107023

vadimorlov67@mail.ruСаенкоА. А.SaenkoA. A.

Саенко Анна Александровна, магистрант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049

Anna A. Saenko, Master's Student of the Powder Metallurgy and Functional Coatings Department

4 Leninsky Prospekt, Moscow 11

saenko_anna_99@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»National Research Technological University "MISIS"Юго-Западный государственный университетSouthwest State UniversityМосковский политехнический университетMoscow Polytechnic University202129012022253826Copyright © Еремеева Ж.В., Агеев Е.В., Шарипзянова Г.Х., Капланский Ю.Ю., Ниткин Н.М., Ахметов А.С., Орлов В.Л., Саенко А.А., 20222022Еремеева Ж.В., Агеев Е.В., Шарипзянова Г.Х., Капланский Ю.Ю., Ниткин Н.М., Ахметов А.С., Орлов В.Л., Саенко А.А.Eremeeva Z.V., Ageev E.V., Sharipzyanova G.K., Kaplansky Y.Y., Nitkin N.M., Akhmetov A.S., Orlov V.L., Saenko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/921

Цель исследования. Провести исследование процесса формования и консолидации заготовок из механосинтезированных порошков гафнатов европия и церия.Методы. Был проведен синтез сложных соединений гафната европия Eu2HfO5 и гафната церия Ce2HfO5 из оксидов европия, гафната и церия при помощи механохимического синтеза в планетарно-центробежной мельнице. Частота вращения диска составляла 600 – 900 об/мин и частота вращения барабанов 1000 – 1800 об/мин, при соотношении размольных тел к массе порошковой шихты (35 – 45): 1, в атмосфере аргона. Синтез продолжался 5 – 120 мин.Результаты. Был проведен рентгенофазовый анализ, показавший образование Eu2HfO5 и Ce2HfO5; а также исследование морфологии частиц полученных порошков, их технологических свойств, гранулометрического состава, формуемости и уплотняемости, а также процесса их консолидации.Заключение. На основании проведенных экспериментальных исследований, направленных на исследование процесса формования и консолидации заготовок из механосинтезированных порошков гафнатов европия и церия, был выявлен оптимальный режим синтезирования гафнатов церия и европия. Методом механоактивации были получены порошок гафната церия с размерами частиц 30-100 нм, порошок гафната европия с размерами частиц 40-70 нм. При помощи методов РФА, ПЭМ и СЭМ была изучена смешанная структура полученных механосинтезом порошков гафнатов лантаноидов. Были определены технологические свойства механосинтезированных порошков гафната церия и европия, а так же изучена их уплотняемость и формуемость после прессования и спекания. Образцы из порошка гафната европия имеют относительную плотность больше, чем образцы из порошка гафната церия после консолидации при температурах 900-1200 °С и времени изотермической выдержки от 30 до 120 мин. Исследования микротвердости образцов гафнатов лантаноидов после спекания показали, что образцы гафната европия имеют твердость больше, чем образцы гафната церия.

Purpose of research. To study the process of molding and consolidation of preforms from mechanically synthesized powders of europium and cerium hafnates.Methods. Complex compounds of europium hafnateEu2HfO5 and cerium hafnate Ce2HfO5 have been synthesized from europium, hafnate and cerium oxides using mechanochemical synthesis in a planetary centrifugal mill. The rotational speed of the disk was 600 - 900 rpm and the rotational speed of the drums is 1000 - 1800 rpm, with the ratio of grinding bodies to the mass of the powder charge (35 - 45): 1, in an argon atmosphere. Synthesis lasts 5 - 120 minutes.Results. An X-ray phase analysis has been performed showing the formation of Eu2HfO5 and Ce2HfO5; as well as the study of the morphology of particles of the obtained powders, their technological properties, granulometric composition, formability and compaction, as well as the process of their consolidation.Conclusion. On the basis of the experimental studies aimed at studying the molding process and consolidation of preforms from mechanically synthesized powders of europium and cerium hafnates, it has been revealed the optimal mode of synthesis of cerium and europium hafnates. We have obtained a cerium hafnate powder with a particle size of 30-100 nm and a europium hafnate powder with a particle size of 40-70 nm by the method of mechanical activation. Using X-ray phase analysis, TEM and SEM methods, the mixed structure of lanthanide hafnates powders obtained by mechanosynthesis have been studied. The technological properties of mechanically synthesized powders of cerium and europium hafnate, as well as, their compaction and formability after pressing and sintering have been determined and studied. Samples from europium hafnate powder have a relative density higher than samples from cerium hafnate powder after consolidation at temperatures of 900-1200 ° C and isothermal holding time from 30 to 120 min. A study of the microhardness of lanthanide hafnate samples after sintering has shown that europium hafnate samples have greater hardness than cerium hafnate samples .

complex oxides of lanthanideseuropium hafnatecerium hafnatemechanochemical synthesishafnium oxideeuropium oxidecerium oxidemoldingconsolidationphysicochemical propertiesstructure of lanthanide hafnatesРабота проводилась в рамках гранта РФФИ (номер гранта 19-08-00273).The work has been carried out within the framework of the RFBR grant (grant number 19-08-00273).ReferencesСравнительные характеристики поглощающих кластерных сборок ВВЭР-1000 и PWR / В.Д. Рисованый, Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, В.Б. Пономаренко, А.В. Щеглов // Атомная энергия. 1998. Т. 84. Вып. 6. С. 508–513.Risovany V.D., Varlashova E.E., Friedman S.R., Ponomarenko V.B., Shcheglov A.V. Sravnitel'nye kharakteristiki pogloshchayushchikh klasternykh sborok VVER-1000 i PWR [Comparative characteristics of absorbing cluster assemblies VVER-1000 and PWR]. Atomnaya energiya = Atomic Energy, 1998, vol. 84, is. 6, pp. 508-513.Анализ разработок конструкций и материалов ПЭЛов ПС СУЗ повышенной работоспособности / Н.Н. Белаш, А.В. Куштым, В.Р. Татаринов, И.А. Чернов // Ядерные и радиационные технологии. 2007. Т. 7. №. 3-4. С. 18-28.Belash N.N., Kushtym A.V., Tatarinov V.R., Chernov I.A. Analiz razrabotok konstruktsii i materialov PELov PS SUZ povyshennoi ra-botosposobnosti [Analysis of the development of structures and materials of PELS PS SUZ increased efficiency]. Yadernye i radiatsionnye tekhnologii = Nuclear and Radiation Technologies, 2007, vol. 7, no. 3-4, pp. 18-28.Госсет Д. 15 – Материалы поглотителя для реакторов поколения IV // Конструкционные материалы для ядерных реакторов поколения IV. ElsevierLtd. 2017. С. 533-567.Gosset D. [15 - Absorber materials for generation IV reactors. Structural materials for generation IV nuclear reactors]. Konstruktsionnye materialy dlya yadernykh reaktorov pokoleniya IV. ElsevierLtd = ElsevierLtd, 2017, pp. 533-567.Халамейда С.В. Некоторые новые подходы при механохимическом синтезе нанодисперсного титаната бария // Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2009. Т. 7. № 3. С. 911–918.Halameida S.V. Nekotorye novye podkhody pri mekhanokhimicheskom sinteze nanodispersnogo titanata bariya [Some new approaches in the mechanochemical synthesis of nanodisperse barium titanate]. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 2009, vol. 7, no. 3, pp. 911-918.Механохимический синтез алюминатов кальция / В.Ю. Прокофьев, А.П. Ильин, Ю.Г. Широков, В.И. Ягодкин // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1995. Т.38. №6. С. 28-32.Prokofiev V.Yu., Ilyin A.P., Shirokov Yu.G., Yagodkin V.I. Mekhanokhimicheskii sintez alyuminatov kal'tsiya [Mechanochemical synthesis of calcium aluminates]. Izvestiya VUZov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya = Izvestiya VUZov, Chemistry and Chemical Technology, 1995. vol.38, no. 6, pp. 28-32.Avvakumov E. G., Senna M., Kosova N. V. Soft mechanochemical synthesis: a basis for new chemical technologies. N.Y.: Springer Science & Business Media, 2001. 208 p.Avvakumov E. G., Senna M., Kosova N. V. Soft mechanochemical synthesis: a basis for new chemical technologies. N.Y.: Springer Science & Business Media, 2001. 208 p.Болдырев В.В. Механохимический синтез в неорганической химии // Сб. СО РАН / под ред. Е.Г. Аввакумова. Новосибирск: Наука, 1991. С. 5–32.Boldyrev V.V. Mekhanokhimicheskii sintez v neorganicheskoi khimii. Sb. SO RAN [Mechanochemical synthesis in inorganic chemistry]; ed. by E.G. Avvakumov. Novosibirsk, Nauka Publ., 1991, pp. 5-32.Разработка метода получения оксида цинка с применением механохимического синтеза / А.А. Ильин, А.Н. Железнова, А.П. Ильин, Ю.М. Комаров // Известия Вузов. Химия и химическая технология. 2011. Т. 54. №. 1. С. 82-85.Ilyin A.A., Zheleznova A.N., Ilyin A.P., Komarov Yu.M. Razrabotka metoda polucheniya oksida tsinka s primeneniem mekhanokhimicheskogo sinteza [Development of a method for obtaining zinc oxide using mechanochemical synthesis]. Izvestiya Vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya = Izvestiya Vuzov. Chemistry and Chemical Technology, 2011, vol. 54, no. 1, pp. 82-85.Mechanochemical synthesis of copper oxides and salts using the gasliquid mediums / A. A. Ilyin, N.N.Smirnov, R.N. Rumyantsev, A. M. Efremov, A.P. Ilyin // Scientific IsraelTechnological Advantages. 2015. V.17. № 3-4. P. 196-208Ilyin A. A., Smirnov N.N., Rumyantsev R.N., Efremov A. M., Ilyin A.P. Mechanochemical synthesis of copper oxides and salts using the gasliquid mediums. Scientific IsraelTechnological Advantages, 2015, vol.17, no. 3-4, pp. 196-208. 10. Shindo D., Oikawa T. Analiticheskaya prosvechivayushchaya elektronnaya mikroskopiya [Analytical transmission electron microscopy]. Moscow, Tekhnosfera Publ., 2004. 256 p.Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия. М.: Техносфера, 2004. 256 с.Popov V. V., Menushenkov A. P., Zubavichus Ya. V., Korovin S.A., Fortalnova E.A., etc. Osobennosti struktury i teplofizicheskie svoistva keramicheskikh slozhnykh oksidov v sisteme Dy2O3 - HfO2 [Structural features and thermophysical properties of ceramic complex oxides in the Dy2O3 - HfO2 system]. Steklo i keramika = Glass and Ceramics. 2016, no. 2, pp. 11-17.Особенности структуры и теплофизические свойства керамических сложных оксидов в системе Dy2O3 - HfO2 / В. В. Попов, А. П. Менушенков, Я. В. Зубавичус, С.А. Коровин, Е.А. Фортальнова [и др.] // Стекло и керамика. 2016. №. 2. С. 11-17.Krasnorutsky V.S. and others. Goryachee pressovanie granul disproziya gafnata i titanata [Hot pressing of granules of dysprosium hafnate and titanate]. Khimreagent = Chemreagent, 2012, vol. 50, no. 11, pp. 708-713.Красноруцкий В.С. [и др.]. Горячее прессование гранул диспрозия гафната и титаната // Химреагент. 2012. Т. 50, № 11. С. 708–713.Jung S., Kim S., Lee S. Issledovaniya sinteza i spekaniya Dy2TiO5, poluchennogo khimicheskim protsessom na polimernom nositele [Studies of the synthesis and sintering of Dy2TiO5 obtained by a chemical process on a polymer carrier]. J. Nucl. Mater, 2006, vol. 354, pp. 137-142.Юнг С., Ким С., Ли С. Исследования синтеза и спекания Dy2TiO5, полученного химическим процессом на полимерном носителе // J. Nucl. Mater. 2006. Т. 354. С. 137–142.Panneerselvam G. etal. Teplofizicheskie izmereniya titanatov disproziya i gadoliniya [Thermophysical measurements of dysprosium and gadolinium titanates]. J. Nucl. Mater, 2004, vol. 327, pp. 220-225.Panneerselvam G. et al. Теплофизические измерения титанатов диспрозия и гадолиния // J. Nucl. Mater. 2004. Т. 327. С. 220–225.Toporova V. G., Pimenov V. V., Risovanyi V. D., Zakharov A. V. Results of SM reactor tests of dysprosium hafnate [Results of SM reactor tests of dysprosium hafnate]. Atomic Energy, 2011, 110(4), pp. 259–264.Results of SM reactor tests of dysprosium hafnate / V. G. Toporova, V. V. Pimenov, V. D. Risovanyi, A. V. Zakharov // Atomic Energy. 2011. 110(4). P. 259–264.Eremeeva Z.V., Kaplanskiy Y.Y., Vorotylo S. et al. Fabrication of Nanodispersed Powder of Dysprosium Hafnate Dy2HfO5 by Mechanochemical Method. Inorg. Mater. Appl. Res. 2021, 12, pp. 1042–1046.Eremeeva Z.V., Kaplanskiy Y.Y., Vorotylo S. et al. Fabrication of Nanodispersed Powder of Dysprosium Hafnate Dy2HfO5 by Mechanochemical Method // Inorg. Mater. Appl. Res. 2021. 12. P. 1042–1046.Cepeda-Sánchez N. M., Fuentes A. F., López-Cota F. A., Rodríguez-Reyes M., Díaz-Guillén J. A. Mechanochemical synthesis and electrical properties of Gd2Hf2−xZrxO7 solid electrolytes for their use in SOFC’s. Journal of Applied Electrochemistry, 2015, no. 45(11), pp. 1231-1237.Cepeda-Sánchez, N. M., Fuentes, A. F., López-Cota, F. A., Rodríguez-Reyes, M., & Díaz-Guillén, J. A. Mechanochemical synthesis and electrical properties of Gd2Hf2−xZrxO7 solid electrolytes for their use in SOFC’s // Journal of Applied Electrochemistry, 2015. 45(11). P. 1231–1237.Ageev E.V., Latypova G.R., Davydov A.A., Ageeva E.V. Otsenka effektivnosti primeneniya tverdosplavnykh elektroerozionnykh poroshkov v kachestve elektrodnogo materiala [Evaluation of the effectiveness of the use of carbide electroerosion powders as an electrode material]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2012, no. 1, pp. 19-22.Оценка эффективности применения твердосплавных электроэрозионных порошков в качестве электродного материала / Е.В. Агеев, Г.Р. Латыпова, А.А. Давыдов, Е.В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 1. С. 19–22.Ageev E.V., Latypova G.R., Davydov A.A., Ageeva E.V. Provedenie rentgenospektral'nogo mikroanaliza tverdosplavnykh elektroerozionnykh poroshkov [Conducting X-ray spectral microanalysis of carbide electroerosion powders]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2012, no. 5-2 (44), pp. 99-102.Проведение рентгеноспектрального микроанализа твердосплавных электроэрозионных порошков / Е.В. Агеев, Г.Р. Латыпова, А.А. Давыдов, Е.В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 5-2 (44). С. 99-102.Ageev E.V., Semenikhin B.A., Ageeva E.V., Latypov R.A. Issledovanie khimicheskogo sostava poroshkov, poluchennykh elektroerozion-nym dispergirovaniem tverdogo splava [Investigation of the chemical composition of powders obtained by electroerosive dispersion of a hard alloy]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2011, no. 5-1 (38), pp. 138-144.Исследование химического состава порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин, Е.В. Агеева, Р.А. Латыпов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 5- 1 (38). С. 138-144.Ageeva E.V., Latypov R.A., Burak P.I., Ageev E.V. Poluchenie tverdosplavnykh izdelii kholodnym izostaticheskim pressovaniem elektroerozionnykh poroshkov i ikh issledovanie [Obtaining hard-alloy products by cold isostatic pressing of electroerosive powders and their research]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2013, no. 5 (50), pp. 116-125.Получение твердосплавных изделий холодным изостатическим прессованием электроэрозионных порошков и их исследование / Е.В. Агеева, Р.А. Латыпов, П.И. Бурак, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 5 (50). С. 116-125.Ageev E.V., Gadalov V.N., Ageeva E.V., Bobryshev R.V. Poroshki, poluchennye elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov tver-dykh splavov - perspektivnyi material dlya vosstanovleniya detalei avtotraktornoi tekhniki [Powders obtained by electroerosive dispersion of solid alloy waste - a promising material for the restoration of parts of automotive equipment]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2012, no. 1-1 (40), pp. 182-189.Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов - перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е.В. Агеев, В.Н. Гадалов, Е.В. Агеева, Р.В. Бобрышев // Известия ЮгоЗападного государственного университета. 2012. № 1-1 (40). С. 182-189.Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов - перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е.В. Агеев, В.Н. Гадалов, Е.В. Агеева, Р.В. Бобрышев // Известия ЮгоЗападного государственного университета. 2012. № 1-1 (40). С. 182-189.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.