vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2020-56-4-408-418vestich-612Research ArticleНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯINORGANIC CHEMISTRYПолучение порошковых сплавов со структурой частиц ядро-оболочка безэлектролизным осаждением из растворовElectroless deposition of powdery alloys with core-shell particles structure from solutions. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk BelarusiВоробьеваТ. Н.VorobyovaT. N.

Воробьева Татьяна Николаевна - доктор химических наук, профессор БГУ, главный научный сотрудник НИИ физико-химических проблем БГУ.

Ул. Ленинградская, 14, 220050, Минск; ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Tatiana N. Vorobyova - D. Sc. (Chemistry), Full Professor BSU, Chief Researcher, Research Institute for Physical Chemical Problems BSU.

14, Leningradskaya Str., 220050, Minsk; 14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

vorobyovatn@gmail.comВрублевскаяО. Н.VrublevskayaO. N.

Врублевская Ольга Николаевна - кандидат химических наук, доцент.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Olga N. Vrublevskaya - Ph. D. (Chemistry), Associate Professor.

vrublevskaya.olga@gmail.comКудакоА. А.KudakaA. A.

Кудако Антон Александрович - аспирант.

Ул. Ленинградская, 14, 220050, Минск

Anton A. Kudaka - Postgraduate student.

14, Leningradskaya Str., 220050, Minsk

kudako.anton@gmail.comГалузаМ. Г.GaluzaM. G.

Галуза Мария Геннадьевна - младший научный сотрудник.

Ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Maryia G. Galuza - Junior Researcher.

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

mashandra.by@mail.ruКобецА. В.KobetsA. V.

Кобец Анна Вячеславовна - научный сотрудник.

Anna V. Kobets - Researcher.

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

kobetsanna@gmail.comПетроваА. А.PetrovaА. A.

Петрова Александра Алексеевна - студент.

Ул. Ленинградская, 14, 220050, Минск

Aleksandra A. Petrova - Student.

14, Leningradskaya Str., 220050, Minsk

sashka_petrova_2011@mail.ruАль-НахарГ.Al-NakharG.

Аль-Нахар Гаджер - студент.

Ул. Ленинградская, 14, 220050, Минск

Gadzher Al-Nakhar - Student.

14, Leningradskaya Str., 220050, Minsk

egmartinov95@gmail.comБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityНИИ физико-химических проблем, Белорусский государственный университетResearch Institute for Physical Chemical Problems, Belarusian State University202004122020564408418Copyright © Воробьева Т.Н., Врублевская О.Н., Кудако А.А., Галуза М.Г., Кобец А.В., Петрова А.А., Аль-Нахар Г., 20202020Воробьева Т.Н., Врублевская О.Н., Кудако А.А., Галуза М.Г., Кобец А.В., Петрова А.А., Аль-Нахар Г.Vorobyova T.N., Vrublevskaya O.N., Kudaka A.A., Galuza M.G., Kobets A.V., Petrova А.A., Al-Nakhar G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/612

Разработаны методы получения порошков двойных и тройных сплавов металлов (Cu-Sn, Cu-Zn, Ni-Cu-Zn, Ni-Sn-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu-Fe, Ni-Cu, Ni-Cu-Al) со структурой частиц ядро-оболочка с использованием процессов либо контактного вытеснения (КВ) из растворов ионов меди, никеля, олова порошками олова, цинка, железа, либо химического осаждения (ХО) никеля из гипофосфитных растворов на смеси порошков меди и алюминия. Для каждой из изученных систем выявлены возможные соотношения металлов в порошковых продуктах. Определено, что долю металлов в порошках можно регулировать, варьируя длительность КВ или ХО, соотношение количеств реагентов, рН и концентрацию растворов. Выявлена возможность совместного восстановления ионов ни-келя(Щ и олова(Щ порошком цинка или меди(11) и никеля(11) порошком железа с образованием тройных сплавов. Показано, что при протекании КВ происходит низкотемпературное образование интерметаллических фаз (системы Cu-Sn, Ni-Sn-Zn) и твердых растворов (системы Ni-Cu-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu-Fe). В процессе ХО никеля из растворов частицы исходных порошков покрываются рыхлыми или более-менее герметичными оболочками. При КВ в зависимости от природы металлов и длительности процесса образуются сферические частицы, компактные агрегаты в форме розеток или дендриты. Порошки, получаемые методами КВ и ХО, могут быть использованы для изготовления изделий конструкционного и инструментального (Cu-Sn, Cu-Zn, Ni-Cu-Zn, Ni-Sn-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu, Ni-Cu-Al), антифрикционного (Ni-Cu-Fe, Ni-Cu) и электротехнического (Ni-Cu, Ni-Cu-Zn) назначения, а также в качестве твердых припоев (Cu-Zn, Ni-Sn-Zn).

Methods of binary and ternary powdery alloys (Cu-Sn, Cu-Zn, Ni-Cu-Zn, Ni-Sn-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu-Fe, Ni-Cu, Ni-Cu-Al) preparation with core-shell particles structure have been developed using the processes either of copper, nickel, tin ions cementation from solutions with tin, zinc, iron powders or nickel chemical deposition from hypophosphite solutions on the mixtures of copper and aluminum powders. Metals quota in the powdery products can be controlled by varying the duration of cementation or chemical deposition, the ratio of reagents quantities, pH and concentration of solutions. The possibility of simultaneous reduction of nickel(II) and tin(II) ions with zinc powder or copper(II) and nickel(II) ions with iron powder with the formation of ternary alloys has been revealed. Low-temperature formation of intermetallic phases in Cu-Sn, Ni-Sn-Zn systems and solid solutions in Ni-Cu-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu-Fe systems has been shown to occur during the cementation. The particles of the initial powders (Al, Cu) are coated with loose and more or less sealed shells during nickel chemical reduction from solutions. Spherical particles, flower-type compact aggregates or dendrites, depending on the nature of metals and processes duration, are formed during the cementation. The powders obtained by cementation andchemical deposition from solutions can be used in the manufacture of products for structural and instrumental (Cu-Sn, Cu-Zn, Ni-Cu-Zn, Ni-Sn-Zn, Cu-Fe, Ni-Cu, Ni-Cu-Al), antifriction (Ni-Cu-Fe, Ni-Cu) and electrical (Ni-Cu, Ni-Cu-Zn) applications, as well as solders (Cu-Zn, Ni-Sn-Zn).

контактное вытеснениехимическое осаждениепорошоксплавпорошковая металлургияcementationchemical depositionpowderalloypowder metallurgyReferencesПорошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения / И. М. Федорченко (отв. ред.) [и др.]. - Киев: Наук. думка, 1985. - 624 с.Fedorchenko I. M., Frantsevich I. N., Radomysel’skii I. D. [et al.]. Powder metallurgy. Materials, technology, properties, applications. Kiev, Naukova dumka Publ., 1985. 624 pp. (in Russian).Порошковая металлургия в Беларуси: вызовы времени: сб. науч. старший / редкол.: А. Ф. Ильющенко (гл. ред.) [и др.]. - Минск: Беларус. навука, 2017. - 531 с.Il’yushchenko A. F., Savich V. V., Skorokhod V. V., Vityaz’ P. A., Smirnov, G. V., Fedosyuk V. M. [et al.]. Poroshko-vaya metallurgiya v Belarusi: vyzovy vremeni: sbornik nauchnykh statei [Powder metallurgy in Belarus: challenges of time. Collection of scientific articles]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2017. 532 p. (in Russian).Neikov, O. D. Handbook of non-ferrous metal powders. Technologies and applications / O. D. Neikov, S. S. Naboy-chenko, N. A. Yefimov; ed. by O. D. Neikov. - 2nd ed. - Amsterdam: Elsevier, 2019. - 995 р. https://doi.org/10.1016/C2014-0-03938-XNeikov O. D., Naboychenko S. S., Yefimov N. A. Handbook of non-ferrous metal powders. Technologies and applications. 2nd ed. Amsterdam, Elsevier, 2019. 995 р. https://doi.org/10.1016/C2014-0-03938-XУльтрадисперсные и наноразмерные порошки: создание, строение, производство и применение / под ред. В. М. Бузника. - Томск: Изд-во НТЛ, 2009. - 192 с.Buznik V. M. (ed.) Ultrafine and nanosized powders: development, structure, production and application. Tomsk, NTL Publ., 2009. 192 p. (in Russian).Винников, В. П. Методы получения нанодисперсных порошков / В. П. Винников, М. Б. Генералов. - Санкт-Петербург: Профессия, 2016. - 235 с.Vinnikov V. P., Generalov M. B. Methods of nanodispersed powder production. St. Petersburg: Professia Publ., 2016. 235 p. (in Russian).Арзамасов, Б. Н. Справочник по конструкционным материалам / Б. Н. Арзамасов [и др.]; под ред. Б. Н. Арза-масова, Т. В. Соловьевой. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. - 640 с.Arzamasov B. N., Solovyova T. V. (eds.). Handbook on structural materials. Moscow, MGTU im. N. E. Baumana Publ., 2005. 640 p. (in Russian).Бабец, Н. В. Улучшение антифрикционных свойств композиционных порошковых материалов на основе железа / Н. В. Бабец, Б. Н. Васильев, М. А. Исмаилов // Металлург. - 2012. - № 6. - С. 68-70.Babets N. V., Vasiliev B. N., Ismailov M. A. Improving the antifriction properties of iron-based composite powdery materials. Metallurg = Metallurgist, 2012, no. 6, pp. 68-70. (in Russian).Спеченные материалы для электротехники и электроники: справочник / под ред. Г. Г. Гнесина. - М.: Металлургия, 1981.- 344 с.Gnesin G. G. (ed.) Spechennye materialy dlya elektrotekhniki i elektroniki: spravochnik [Sintered materials for electrotechnology and electronics. Moscow, Metallurgiya Publ, 1981. 344 p. (in Russian).Chang, J. Phase equilibria in the Sn-Ni-Zn ternary system: isothermal sections at 200 °C, 500 °C, and 800 °C / J. Chang, S.-K. Seo, H. M. Lee // J. Electron. Mater. - 2010. - Vol. 39, N. 12. - P. 2643-2652. https://doi.org/10.1007/s11664-010-1313-2Chang J., Seo S.-K., Lee H. M. Phase equilibria in the Sn-Ni-Zn ternary system: isothermal sections at 200 °C, 500 °C, and 800 °C. Journal of Electronic Materials, 2010, vol. 39, no. 12, pp. 2643-2652. https://doi.org/10.1007/s11664-010-1313-2Алкацев, М. И. Процессы цементации в цветной металлургии / М. И. Алкацев. - М.: Металлургия, 1981. - 116 с.Alkatsev M. I. Cementation processes in non-ferrous metallurgy. Moscow, Metallurgiya Publ., 1981. 116 p. (in Russian).Vrublevskaya, O. N. Synthesis of powders and coatings of tin and its alloys with a controlled composition and structure by cementation from solutions / O. N. Vrublevskaya [et al.] // Advances in Chemistry Research / ed. J. C. Taylor. - New York: Nova Science Publishers, 2019. - Vol. 52., Chapter 4. - P. 133-251.Vrublevskaya O. N., Vorobyova T. N., Galuza M. G., Shikun M. A., Kudaka A. A., Venhlinskaya E. E. Synthesis of powders and coatings of tin and its alloys with a controlled composition and structure by cementation from solutions. Advances in Chemistry Research, New York, Nova Science Publishers, 2019, vol. 52, chapter 4, pp. 133-251.Свиридов, В. В. Химическое осаждение металлов из водных растворов / В. В. Свиридов [и др.]; под ред. В. В. Свиридова. - Минск: Университетское, 1987. - 270 с.Sviridov V. V., Vorobyova T. N., Gaevskaya T. V., Stepanova L. I. Chemical deposition of metals from aqueous solutions. Minsk, Universitetskoe Publ., 1987. 270 p. (in Russian).Воробьева, Т. Н. Получение наноструктурных порошков и пленок Au-Sn с использованием реакций контактного вытеснения / Т. Н. Воробьева [и др.] // Вестник БГУ Сер. 2. Химия. Биология. География. - 2014. - № 3. - С. 3-9.Vorobyova T. N., Maltanava H. M., Vrublevskaya O. N., Grigoreva O. Yu. Obtaining of nanostructural Au-Sn powders and films using cementation reactions. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 2. Khimiya. Biologiya. Geografia =Bulletin of the Belarusian State University. Series 2. Chemistry. Biology. Geography, 2014, no. 4, pp. 9-17 (in Russian).Воробьева, Т. Н. Процессы сплавообразования при совместном осаждении металлов из растворов / Т. Н. Воробьева // Химия новых материалов и биологически активных веществ; под общей ред. Д. В. Свиридова. - Минск: Издательский центр БГУ, 2016. - С. 53-76.Vorobyova T. N. Processes of alloys formation upon the simultaneous deposition of metals from solutions. Khimiya novykh materialov i biologicheski aktivnykh veshchestv [Chemistry of new materials and bioactive substances]. Minsk, BSU Publ., 2016, pp. 53-76 (in Russian).Vorobyova, T. N. Chemical synthesis of Cu-Sn powder by tin(II) cementation with copper in aqueous solution / Vorobyova T. N. [et al.] // Surfaces and Interfaces. - 2016. - Vol. 4. - P. 9-17. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2016.07.009Vorobyova T. N., Vrublevskaya O. N., Galuza M. G., Glibin V. P. Chemical synthesis of Cu-Sn powder by tin(II) cementation with copper in aqueous solution. Surfaces and Interfaces, 2016, vol. 4, pp. 9-17. https://doi.org/10.1016/j.surf-in.2016.07.009Schmetterer, C. The crystal structures of Ni3+xSn4Zn and Ni6+xSn8Zn and their structural relations to Ni3+xSn4, NiSn and Ni5-gZnSn4 / C. Schmetterer [et al.] // J. Solid State Chem. - 2016. - Vol. 238. - P. 139-146. https://doi.Org/10.1016/j.jssc.2016.02.001Schmetterer C., Effenberger H. S., Rajamohan D., Flandorfer H. The crystal structures of Ni3+xSn4Zn and Ni6+xSn8Zn and their structural relations to Ni3+xSn4, NiSn and Ni5-gZnSn4. Journal of Solid State Chemistry, 2016, vol. 238, pp. 139-146. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2016.02.001Gandova, V. Phase equilibria in the Sn-Zn-Ni system / V. Gandova [et al.] // Int. J. Mat. Res. - 2011. - Vol. 102, N. 3. - P. 257-268. https://doi.org/10.3139/146.110481Gandova V., Soares D., Lilova K., Tedenac J.-C., Vassilev G. P. Phase equilibria in the Sn-Zn-Ni system. International Journal of Materials Research, 2011, vol. 102, no. 3, pp. 257-268. https://doi.org/10.3139/146.110481Кудако, А. А. Получение порошковых сплавов Ni-Zn и Ni-Zn-Sn из растворов методом контактного вытеснения / А. А. Кудако, Т. Н. Воробьева// Свиридовские чтения: сб. старший / редкол.: Т. Н. Воробьева [и др.]. - Минск, 2018. - Вып. 14. - С. 19-33.Kudaka A. A., Vorobyova T. N. Preparation of Ni-Zn and Ni-Zn-Sn powderv alloys from solutions by cementation. Sviridovskie chteniya: Sb. st. [Sviridov Readings. A collection of Papers]. Minsk, BSU, 2018, iss. 14, pp. 19-33 (in Russian).Kudaka, A. A. Phase transformations at heating of Sn-Ni-Zn powders obtained by cementation from solutions / A. A. Kudaka, T. N. Vorobyova // Material Science. Non-Equilibrium Phase Transformations. - 2019. - Vol. 5, Iss. 3. - P. 99-101.Kudaka A. A., Vorobyova T. N. Phase transformations at heating of Sn-Ni-Zn powders obtained by cementation from solutions. Material Science. Non-Equilibrium Phase Transformations, 2019, vol. 5, iss. 3. pp. 99-101.

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