Введение к работе
Актуальность темы. С каждым годом растёт интерес исследователей и спрос потребителей к самарию и соединениям на его основе, что объясняется разнообразием уникальных свойств, открывающих им широкую дорогу в современную технику. Наиболее динамично развивающейся сферой потребления соединений самария является производство постоянных магнитов. На основе самарий-кобальтовых интерметаллических соединений синтезируются высокостабильные постоянные магниты со сверхмощными характеристиками при малых габаритах.
Известные металлотермические способы производства магнитотвёрдых материалов (МТМ) на основе самария технологически сложны, протекают при высоких температурах (~1100С), многостадийны. В связи с этим весьма актуальна разработка эффективных методов получения МТМ на основе самария. Таким перспективным способом синтеза является электролиз расплавленных солевых сред.
К преимуществам электрохимического метода синтеза следует отнести: низкие энергозатраты, упрощение процесса синтеза, возможность управления и контроля процессом синтеза, составом и морфологией продукта.
Управление процессом электрохимического синтеза соединений и его эффективное использование возможны только при знании механизма электровосстановления как самого самария, так и процессов совместного электровыделения ионов самария с компонентами синтезируемых соединений из ионных расплавов.
Информация, посвящённая процессам получения магнитных и тугоплавких соединений на основе самария, кобальта и бора посредством электроосаждения из ионных расплавов, в литературе весьма ограниченна.
Работа выполнялась в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (Госконтракт с Минобрнауки РФ № 16.552.11.7045), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Госконтракт № П1216), гранта РФФИ (номер проекта 09-03-96510-р_юг_а).
Цель работы состояла в установлении механизмов многоэлектронных электродных реакций при электровыделении самария, процессов совместного электровыделения самария с кобальтом (и бором) из галогенидных расплавов и синтезе интерметаллических и тугоплавких соединений на их основе.
В связи с этим были поставлены следующие основные задачи:
изучение процессов электрохимического восстановления ионов самария на различных электродах в хлоридных расплавах;
установление влияния анионного состава электролита на электрохимическое восстановление ионов самария;
установление закономерностей протекания процесса совместного электровосстановления ионов самария с ионами кобальта и фторборат – ионами в галогенидных расплавах;
определение условий высокотемпературного электрохимического синтеза интерметаллидов самария и кобальта;
определение условий высокотемпературного электрохимического синтеза боридов самария и трёхкомпонентных соединений на основе самария, кобальта и бора.
Научная новизна. Показано, что процесс электровосстановления ионов самария на алюминиевом, никелевом, платиновом и серебряном электродах протекает в несколько стадий с образованием сплавов и интерметаллических соединений самария с материалом электрода. На молибденовом электроде имеет место не ярко выраженная тенденция к сплавообразованию. Вольфрамовый электрод является индифферентным электродным материалом.
Установлен механизм и характер процессов при электровосстановлении ионов самария в хлоридных расплавах. Рассчитаны коэффициенты диффузии хлоридных комплексов самария и гетерогенная константа скорости переноса заряда. Показано влияние анионного состава расплава на характер электровосстановления ионов самария.
Найдены условия реализации совместного электровосстановления ионов самария и кобальта и показана принципиальная возможность электрохимического синтеза интерметаллидов самария и кобальта.
Найдены условия реализации совместного электровосстановления ионов самария и бора и показана принципиальная возможность электросинтеза боридных фаз.
Установлены закономерности протекания совместного электровосстановления ионов самария с ионами кобальта и бора в ионных расплавах и показана принципиальная возможность электрохимического синтеза трёхкомпонентных соединений самария с кобальтом и бором из ионных расплавов.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследований процесса электровосстановления ионов самария на различных электродах в хлоридных расплавах.
-
Результаты исследований влияния анионного состава электролита на механизм электровосстановления ионов самария.
-
Результаты исследований процесса совместного электровосстановления ионов самария с ионами кобальта и фторборат–ионами в галогенидных расплавах.
-
Результаты исследований по определению условий прямого высокотемпературного электрохимического синтеза двух- и трёхкомпонентных соединений на основе самария, кобальта и бора.
Практическая ценность работы. Результаты, полученные в ходе исследований, могут быть взяты за основу при разработке технологии электрохимического получения самария и высокотемпературного электрохимического синтеза интерметаллидов самария и кобальта, боридов самария и трёхкомпонентных соединений на основе самария, кобальта и бора из хлоридных расплавов.
Личный вклад соискателя. Непосредственное участие соискателя состоит в анализе литературных данных, проведении экспериментов, обработке и анализе полученных данных. Постановка задачи осуществлялась научным руководителем, доктором химических наук Кушховым Х.Б. Рентгенофазовый анализ синтезированных продуктов осуществлялся в ЦКП «Рентгеновская диагностика материалов» (КБГУ).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на XIV и XV Российской конференции по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов (Екатеринбург, 2007 г., Нальчик, 2010 г.), на Международном симпозиуме по расплавленным солям (Япония, Кобе, 2008 г.), на Всероссийской конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Москва, 2009 г.), на IV Всероссийской научной конференции молодых учёных «Наука и устойчивое развитие» (Нальчик, 2010 г.), на Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Перспектива -2010» (Нальчик, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 5 статей и 4 тезиса докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка цитируемой литературы. Она изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 9 таблиц, 62 рисунка и библиографию из 90 наименований.
