Термодинамическая оценка химической и электрохимической устойчивости силицидов ванадия

П.А. Николайчук

Грайфсвальдский университет, г. Грайфсвальд, 17487, Германия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2020.1.52-68

Для цитирования: Николайчук П.А. Термодинамическая оценка химической и электрохимической устойчивости силицидов ванадия // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 1. – С. 52–68. – doi: 10.26907/2542-064X.2020.1.52-68.

For citation: Nikolaychuk P.A. Thermodynamic assessment of chemical and electrochemical stability of vanadium silicides. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2020, vol. 162, no. 1, pp. 52–68. doi: 10.26907/2542-064X.2020.1.52-68. (In Russian)

Аннотация

Рассмотрены фазовые и химические равновесия в системе V – Si при 25 °C. Оценена возможная максимальная растворимость кремния в ванадии при 25 °C и вычислены термодинамические активности насыщенного раствора. Построена диаграмма состояния системы V – Si – O при 25 °C и вычислены характеристики инвариантных состояний этой системы. Построена диаграмма активность – рН для соединений ванадия(V). Построена диаграмма потенциал – pH системы V – Si – H2O при 25 °C, давлении воздуха 1 бар и активностях ионов в растворе, равных 1 моль/л. Выполнен термодинамический анализ химической и электрохимической устойчивости сплавов системы V – Si.

Ключевые слова: система V – Si, силициды ванадия, фазовые равновесия, низкотемпературное окисление, химическая и электрохимическая устойчивость

Литература

  1. Storms E., Myers C.E. Thermodynamics and Phase Equilibria in the Vanadium–Silicon System. – Binghamton, 1984. – 24 p.
  2. Zhang Ch., Du Y., Xiong W., Xu H., Nash Ph., Ouyang Y., Hu R. Thermodynamic modeling of the V–Si system supported by key experiments // Calphad. – 2008. – V. 32, No 2. – P. 320–325. – doi: 10.1016/j.calphad.2007.12.005.
  3. Kieffer R., Schmid H., Benesovsky F. Die Systeme Niob-Silizium und Vanadin-Silizium // Plansee proceddings 2. Plansee Seminar “De Re Metallica.” –Tirol: Reutte, 1956. – P. 154–165.
  4. Fellner P., Matiašovský K. Electrolytic silicide coating in fused salts // Electrodeposition and Surf. Treat. – 1975. – V. 3, No 4. – P. 235–244. – doi: 10.1016/0300-9416(75)90002-4.
  5. Jangg G., Kieffer R., Prem E., Heidler E. Die Korrosionsbeständigkeit der Silicide der Übergangsmetalle // Werkst. Korros. – 1969. – Bd. 20, H. 2. – S. 98–102. – doi: 10.1002/maco.19690200204.
  6. Chaia N., Portebois L., Mathieu S., David N., Vilasi M. On the interdiffusion in multilayered silicide coatings for the vanadium-based alloy V–4Cr–4Ti // J. Nucl. Mater. – 2017. – V. 484. – P. 148–156. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2016.11.027.
  7. Chu W.K., Kraütle H., Mayer J.W., Müller H., Nicolet M.-A. Identification of the dominant diffusing species in silicide formation // Appl. Phys. Lett. – 1974. – V. 25, No 8. – P. 454–457. – doi: 10.1063/1.1655546.
  8. Muroga T., Chen J.M., Chernov V.M., Kurtz R.J., Le Flem M. Present status of vanadium alloys for fusion applications // J. Nucl. Mater. – 2014. – V. 455, No 1–3. – P. 263–268. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2014.06.025.
  9. Mathieu S., Chaia N., Le Flem M., Vilasi M. Multi-layered silicides coating for vanadium alloys for generation IV reactors // Surface Coat. Technol. – 2012. – V. 206, No 22. – P. 4594–4600. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.05.016.
  10. Chaia N., Mathieu St., Cozzika Th., Flem M., Desgranges C., Pasquier S., Courouau J.-L., Lorentz V., Petitjean C., David N., Vilasi M. Protective silicides coatings on vanadium alloys for nuclear applications // 8th Int. Symp. on High Temperature Corrosion and Protection of Materials. – Les Embiez, France, 2012. – URL: https://www.researchgate.net/publication/ 248390089_Protective_silicides_coatings_on_vanadium_alloys_for_nuclear_applications.
  11. Nikolajtschuk P.A. Thermodynamische Einschätzung der chemischen und elektrochemischen Stabilität von Siliziden der Übergangsmetalle der vierten Periode. – Inauguraldissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald. – Greifswald: Universität Greifswald, 2019. – 641 S.
  12. Nikolaychuk P.A. Thermodynamic evaluation of electrochemical stability of Me – Si systems (Me = 4th row transition metal) // Журн. Сиб. фед. ун-та. Сер. Химия. – 2015. – Т. 8, № 2. – С. 160–180. – doi: 10.17516/1998-2836-2015-8-2-160-180.
  13. Smith J.F. The Si−V (Silicon-Vanadium) system: Addendum // Bull. Alloy Phase Diagrams. – 1985. – V. 6, No 3. – P. 266–271. – doi: 10.1007/BF02880413.
  14. Okamoto H. Si–V (Silicon-Vanadium) // J. Phase Equilib. Diffus. – 2010. – V. 31, No 4. – P. 409–410. – doi: 10.1007/s11669-010-9733-5.
  15. Smith J.F. The Si−V (Silicon-Vanadium) system // Bull. Alloy Phase Diagrams. – 1981. – V. 2, No 1. – P. 42–48. – doi: 10.1007/BF02873702.
  16. Термические константы веществ. – 2007. – URL: http://www.chem.msu.ru/cgi-bin/ tkv.pl?show=welcome.html, свободный.
  17. Chase M.W. Jr., Davies C.A., Downey J.R. Jr., Frurip D.J., McDonald R.A., Syverud A.N. JANAF thermochemical tables. Third edition // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 1985. – V. 14, Suppl. 1. – P. 1–1856.
  18. Wagman D.D., Evans W.H., Parker V.B., Schumm R.H., Halow I., Bailey S.M., Churney K.L., Nuttall R.L. The NBS tables of chemical thermodynamic properties. Selected values for inorganic and C1 and C2 organic substances in SI units // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 1982. – V. 11, Suppl, 2. – P. 1–392.
  19. Speight J.G. Lange’s Handbook of Chemistry. – N. Y.: McGraw-Hill, 2005. – 1623 p.
  20. Schweitzer G.K., Pesterfield L.L. The Aqueous Chemistry of the Elements. – Oxford: Oxford Univ. Press, 2010. – 447 p.
  21. Evans H.T. . Jr., Garrels R.M. Thermodynamic equilibria of vanadium in aqueous systems as applied to the interpretation of the Colorado Plateau ore deposits // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1958. – V. 15, No 1–2. – P. 131–149. – doi: 10.1016/0016-7037(58)90015-2.
  22. Kelsall G., Thompson I., Francis P. Redox chemistry of H2S oxidation by the British Gas Stretford process part IV: V-S-H2O thermodynamics and aqueous vanadium(v) reduction in alkaline solutions // J. Appl. Electrochem. – 1993. – V. 23, No 5. – P. 417–426. – doi: 10.1007/BF00707617.
  23. Post K., Robins R.G. Thermodynamic diagrams for the vanadium-water system at 298.15 K // Electrochim. Acta. – 1976. – V. 21, No 6. – P. 401–405. – doi: 10.1016/0013-4686(76)85115-8.
  24. Sadiq M. Thermodynamic solubility relationships of inorganic vanadium in the marine environment // Mar. Chem. – 1988. – V. 23, No 1–2. – P. 87–96. – doi: 10.1016/0304-4203(88)90024-2.
  25. Nikolaychuk P.A. The revised Pourbaix diagram for silicon // Silicon. – 2014. – V. 6, No 2. – P. 109–116. – doi: 10.1007/s12633-013-9172-0.
  26. Dinsdale A.T. SGTE data for pure elements // Calphad. – 1991. – V. 15, No 4. – P. 317–425. – doi: 10.1016/0364-5916(91)90030-N.
  27. Redlich O., Kister A.T. Algebraic representation of thermodynamic properties and the classification of solutions // Ind. Eng. Chem. – 1948. – V. 40, No 2. – P. 345–348. – doi: 10.1021/ie50458a036.
  28. Schwingenschlögl U., Eyert V. The vanadium Magnéli phases VnO2n-1 // Ann. Phys. – 2004. – V. 13, No 9. – P. 475–510. – doi: 10.1002/andp.200410099.
  29. Magnéli A. Non-stoichiometry and structural disorder in some families of inorganic compounds // Pure Appl. Chem. – 1978. – V. 50, No 11–12. – P. 1261–1271. – doi: 10.1351/pac197850111261.
  30. Spear K.E., Gilles P.W., Schäfer H. Chemical transport reactions in the vanadium-silicon-oxygen system and the ternary phase diagram // J. Less Common Metals. – 1968. – V. 14, No 1. – P. 69–75. – doi: 10.1016/0022-5088(68)90204-X.
  31. Третьяков Ю.Д. Термодинамика ферритов. – Л.: Химия, 1967. – 305 с.
  32. Тюрин А.Г. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости твёрдых сплавов железа, хрома и никеля. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. ун-та, 2012. – 241 с.
  33. Hubbard K.J., Schlom D.G. Thermodynamic stability of binary oxides in contact with silicon // J. Materials Res. – 1996. – V. 11, No 11. – P. 2757–2776. – doi: 10.1557/JMR.1996.0350.
  34. Lukas H.L., Fries S.G., Sundman B. Computational Thermodynamics: The Calphad Method. – Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2007. – 323 p.
  35. Schmalzried H., Pelton A.D. Zur geometrischen Darstellung von Phasengleichgewichten // Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. – 1973. – Bd. 77, H. 2. – S. 90–94. – doi: 10.1002/bbpc.19730770207.
  36. Pope M.T., Dale B.W. Isopoly-vanadates, -niobates, and -tantalates // Q. Rev., Chem. Soc. – 1968. – V. 22, No 4. – P. 527–548. – doi: 10.1039/QR9682200527.
  37. Ropp R.C., Carroll B. Precipitation of rare earth vanadates from aqueous solution // J. Inorg. Nucl. Chem. – 1977. – V. 39, No 8. – P. 1303–1307. – doi: 10.1016/0022-1902(77)80286-8.
  38. Музгин В.Н., Хамзина Л.Б., Золотавин В.Л., Безруков И.Я. Аналитическая химия ванадия. – М.: Наука, 1981. – 216 с.
  39. Zeng Y., Ma M.-R. Predominance diagram of dissolved species and Pourbaix diagram of V–H2O system at high vanadium concentration // Acta Physico-Chimica Sinica. – 2009. – V. 25, No 5. – P. 953–957 – doi: 10.3866/PKU.WHXB20090519. (In Chinese)
  40. Griffiths R., Pryde J.A., Righini-Brand A. Phase diagram and thermodynamic data for the hydrogen/vanadium system // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. – 1972. – V. 68. – P. 2344–2349. – doi: 10.1039/F19726802344.
  41. Kiss L. Kinetics of Electrochemical Metal Dissolution. – Budapest: Akademiai Kiado, 1988. – 272 p.
  42. Thompson W.T., Kaye M.H., Bale C.W., Pelton A.D. Pourbaix Diagrams for Multielement Systems // Uhlig’s Corrosion Handbook / Ed. by R.W. Revie. – N. Y.: Wiley, 2011. – P. 103–110. – doi: 10.1002/9780470872864.ch8.
  43. Vernik E.D. Jr. Simplified procedure for constructing Pourbaix diagrams // Corrosion. – 1967. – V. 23, No 12. – P. 371–373. – doi: 10.5006/0010-9312-23.12.371.

Поступила в редакцию

05.03.2019

 

Николайчук Павел Анатольевич, доктор естественных наук, приглашённый исследователь, кафедра аналитической химии и химии окружающей среды Института биохимии

Грайфсвальдский университет

ул. имени Феликса Хаусдорфа, д. 4, г. Грайфсвальд, 17487, Германия

E-mail: npa@csu.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.