Russian Journal of Physical Chemistry ARussian Journal of Physical Chemistry AЖурнал физической химии0044-45373034-5537The Russian Academy of Sciences68526510.31857/S0044453725020017DEOWSDCHALLENGES, DEVELOPMENT TRENDS, AND CURRENT PROBLEMS OF PHYSICAL CHEMISTRYПРОБЛЕМЫ, ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ И АКТУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИResearch ArticleSynchrotron radiation in solving optimization problems for properties of aluminum powders as metallic fuels and raw materials for additive technologiesСинхротронное излучение в решении задач оптимизации свойств порошков алюминия в качестве металлических горючих и сырья для аддитивных технологийEselevichD. A.ЕселевичД. А.
Russian Federation
diablohulk@gmail.comShevchenkoV. G.ШевченкоВ. Г.
Russian Federation
diablohulk@gmail.comVinokurovZ. S.ВинокуровЗ. С.
Russian Federation
diablohulk@gmail.comTolochkoB. P.ТолочкоБ. П.
Russian Federation
diablohulk@gmail.comInstitute of Solid State Chemistry, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химии твердого тела УрО РАНShared Research Facility “Siberian Ring Source of Photons”, G. K. Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesЦКП “СКИФ” Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАНG. I. Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАНInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химии твердого тела и механохимии СО РАН1502202599216518319062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0044-4537/article/view/685265

The results of studies of reactivity and phase formation features in the process of oxidation of aluminum-based powders by TG (thermogravimetry), DSC (differential scanning calorimetry), and X-ray diffraction of synchrotron radiation directly in the process of programmed heating are considered. When applied together using synchrotron radiation, thermal and phase analyses are shown to help get an idea of fast oxidation mechanism processes and accelerate the selection of modifiers to optimize the properties of dispersed aluminum-based systems and technological parameters of synthesis of materials with controlled properties.

Рассмотрены результаты исследований реакционной активности и особенностей фазообразования в процессе окисления порошков на основе алюминия методами ТГ (термогравиметрии), ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии) и рентгеновской дифракции синхротронного излучения непосредственно в процессе программируемого нагрева. Показано, что совместное применение термического и фазового анализов с использованием синхротронного излучения, позволяет получить представление о механизме быстро протекающих процессов окисления, ускорить процесс выбора модификаторов для оптимизации свойств дисперсных систем на основе алюминия и технологических параметров синтеза материалов с управляемыми свойствами.

TGDSCX-ray diffractionin situ phase formationoxidation mechanismaluminum powdersmodifiersCaBaVFegelsТГДСКрентгеновская дифракцияin situ-фазообразованиемеханизм окисленияпорошки алюминиямодификаторыCaBaVFeгелиМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-03-2024-457Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 432 с.Korotkikh A.G., Sorokin I.V., Arkhipov V.A. // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2022. V. 58. № 4. P. 42.Becksted M.W. A Summary of Aluminum Combustion // RTO/VKI Special Course on “Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion”, 2004. RTO-EN-023.Glotov O.G. // Progress in Aerospace Sciences. 2023. V. 143. P. 1.Кононенко В.И., Шевченко В.Г. Физикохимия активации дисперсных систем на основе алюминия. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 238 с.Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Латош И.Н. // ФГВ. 1994. Т. 30. № 5. С. 142.Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Буланов М.А. и др. // ФГВ. 1998. Т. 34. № 1. С. 45.Шевченко В.Г. // ФГВ. 2011. Т. 47. № 2. С. 45.Шевченко В.Г., Кононенко В.И., Чураев А.В. и др. // Хим. Физика. 2005. Т. 24. № 8. С. 92.Золотарев К.В., Анчаров А.И., Винокуров З.С. и др. // Изв. РАН 2023. Т. 87. № 5. С. 614.Scherrer P. // Nachrichten Von Ges. Wiss. Zu Gött. Math.-Phys. K1. 1919. V. 2. P. 98.Алферов Д.Ф., Башмаков Ю.А., Черенков П.А // Успехи физ. наук. 1989. Т. 157. № 3. С. 389.Coppens P. Synchrotron Radiation Crystallography. London, San Diego: Academic Press, 1992. 316 p.Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Kutovenko V.D. et. al. // Nuclear Instruments Methods Physics Research A. 2009. V. 603. P. 76.Ancharov A.I., Manakov A.Yu., Mezentsev N.A. et al. // Nucl. Inst. Meth. A. 2001. V. 470. № 12. P. 80.Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 19.Gates-Rector S., Blanton T. // Powder Diffraction. 2019. V. 34. № 4. P. 1.Rietveld H. // J. Appl. Crystallogr. 1969. V. 2. P. 65.Шевченко В.Г., Кузнецов М.В., Бибанава С.А. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2012. Т. 48. № 6. С. 540.Лякишев П.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: в 3 т: Т. 1. М.: Машиностроение, 1997. 992 с.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Анчаров А.И. и др. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 5. С. 39.Шевченко В.Г., Кузнецов М.В., Конюкова А.В. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49. № 6. С. 649.Шевченко В.Г., Булатов М.А., Кононенко В.И. и др. Влияние свойств поверхностного слоя оксида на окисление порошков алюминия. М.: Порошковая металлургия, 1988. № 2. С. 1.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Анчаров А.И. и др. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 6. С. 28.Гребенщиков И.В. Диаграммы состояния тугоплавких оксидов: Справочник: Вып. 5. Двойные системы. Ч. 1. Л.: Наука, 1985. 284 с.Tamman G. Lehrbuch der Metallkunde des Eisens und der Nichteisenmetalle. Springer-Verlag, 1929. 250 p.Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. Ч. 1. М.: Изд-во Иностр. лит., 1963. 415 с.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. // Хим. Физика. 2014. Т. 33. № 10. С. 10.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. Способ активации порошка алюминия. Патент РФ № 2509790. 20.03.2014.Shevchenko V.G., Eselevich D.A., Popov N.A. et al. // Intern. J. of Engineering Research & Science. 2018. V. 4. № 4. P. 18.Коротких А.Г. Влияние дисперсности порошка алюминия на процессы зажигания и нестационарного горения гетерогенных конденсированных систем. Дис. … д. ф.-м. н. Томск, 2012. 302 с.Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51. № 5. С. 70.Sharipova N.S., Ksandopulo G.I. // Combustion, Explosion, and Shock Waves, 1997. V. 33. P. 659.Yen N.H., Wang L.Y. // Propellants Explos. Pyrotech. 2012. V. 37. P. 143.Ромоданова Л.Д., Похил П.Ф., Каданер Э.С. // Физика горения и взрыва. 1968. Т. 3. С. 330.Woo K.D., Kim J.H., Kwon E.P. et al. // Met. Mater. Int. 2010. V. 16. P. 213.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Винокуров З.С. и др. // Там же. 2019. Т. 55. № 3. С 50.Fargeot D., Mercurio D., Dauger A. // Material Chemistry and Physics. 1990. V. 24. P. 299.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Попов Н.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54. № 1. С. 65.Андриевский Р.А., Хачоян А.В. Роль размерных эффектов и поверхностей раздела в физико-химических свойствах консолидированных наноматериалов. М.: Рос. хим. журн. 2009. Т. 52. № 2. С. 4.Русанов А.И. Коллоидно-химические аспекты нанонауки. Минск: Наноструктурные материалы. Получение, свойства, применение. 2009. С. 71.Акашев Л.А., Попов Н.А., Кузнецов М.В. и др. // Журн. физ. Химии. 2015. Т. 89. № 5. С. 287.Мальцев В.М., Брейтер А.Л., Попов Е.Н. и др. О некоторых закономерностях горения дисперсных металлов в конденсированных системах. Львов: Физика конденсированных систем, 1989. № 32. С. 77.Rietveld A. Extended Program to Perform the Combined Analysis: Diffraction, Fluorescence and Reflectivity data Using X-ray, Neutron, TOF or Electrons // Access mode: http://maud.radiographema.eu.Open-access collection of crystal structures of organic, inorganic, metal-organic compounds and minerals, excluding biopolymers // Access mode: http://www.crystallography.net.Dabrowska G., Tabero P., Kurzawa M.J. // Phase Equilibria and Diffusion.2009. V. 30. № 3. P. 220.Shevchenko V., Eselevich D., Krasilnikov V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 330.Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 1. С. 25.Красильников В.Н., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. и др. Способ получения формиата железа (II). Патент РФ № 2670440. 23.10.2018.Шевченко В.Г., Красильников В.Н., Еселевич Д.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2020. Т. 56. № 2. С. 37.Yey X., Liny D., Jiaoz Z. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1998. V. 31. P. 2739.Wang Y., Song I., Jiang W. et al. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China., 2014. V. 24. P. 263.Duraes L., Costa D.F.O., Santos R. et al. // Mater. Sci. Eng. A. 2007. V. 465. P. 199.Liu Y., Qian Q., Xu C. et al. // Asian J. Chem. 2013. V. 25. P. 5550.Monogarov K.A., Pivkina A.N., Grishin L.I. et al. // Acta Astronautica. 2017. V. 135. P. 69.Kruth J.P., Levy G., Klocke F. et al. // Ann CIRP. 2007. V. 56. № 2. P. 730.Kruth J.P., Mercelis P., Van Vaerenbergh J. et al. // Rapid Prototype J. 2005. V. 11. № 1. P. 26.Евгенов А.Г., Базылева О.А., Королев В.А. и др. // Авиационные материалы и технологии. 2016. Т. 43. № S1. С. 31.Dadbakhsh S., Hao L. // J. Alloy Comp. 2012. V. 541. P. 328.Dadbakhsh S., Hao L. // Adv. Eng. Mater. 2012. V. 14. № 1–2. P. 45.Ghosh S.K., Bandyopadhyay K., Saha P. // Mater. Charact. 2014. V. 93. P. 68.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Конюкова А.В. // Физикохимия поверхности и защита материала, 2023. Т. 59. № 4. С. 405.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Бакланов М.Н. Способ получения порошка на основе алюминия для 3D-печати. Патент РФ № 2754258. 31.08.2021.Шевченко В.Г., Еселевич Д.А., Попов Н.А. и др. // Физическая химия. 2023. Т. 97. № 10. С. 1528.Safarik D.J., Klimczuk T., Llobet A. et. al // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 1. P. 014103.Maas J., Bastin G., Loo F.V. et al. // Intern. J. of Materials Research, 1983. V. 74. № 5. P. 294.Shevchenko V.G., Eselevich D.A., Popov N.A. et al. // Physics of Metallography. 2024. V. 125. № 5. P. 555.Филиппов М.А., Бараз В.Р., Гервасьев М.А. Методология выбора металлических сплавов и упрочняющих технологий в машиностроении: учебное пособие: в 2 т. Т. II. Цветные металлы и сплавы. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2013. 236 с.Бродова И.Г., Чикова О.А., Петрова А.Н. и др. // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120. № 11. С. 1204.