М Пустовойченко, M Дзевенко, Г Ничипорук - Взаємодія компонентів у системах y-mn-in та sm-mn-in - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія хім. 2008. Bun. 49. Ч. 1. С. 64-70

VISNYK LVIV UNIV. Ser. Khim. 2008. No 49. Part 1. P. 64-70

УДК 546.3-866.711.682

ВЗАЄМОДІЯ КОМПОНЕНТІВ У СИСТЕМАХ Y-Mn-In ТА Sm-Mn-In

М. Пустовойченко, M. Дзевенко, Г. Ничипорук, З. Шпирка, Я. Каличак

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна

Методами рентгенофазового аналізу вперше досліджено взаємодію компонентів у системах {Sm, Y}-Mn-In та побудовано ізотермічні перерізи діаграм стану при 870 K в повному концентраційному інтервалі. У системі з Sm не виявлено існування тернарних сполук за температури відпалювання. В литому стані є сполука SmMn0 68In132 зі структурою типу AlB2. У системі з Y підтверджено існування раніше відомої сполуки YMnIn (структурний тип MgZn2), визначено межі її області гомогенності та наявність твердого розчину на основі бінарної сполуки YMn2 (структурний тип MgCu2). Сполуку зі структурою типу AlB2 зафіксо­вано у литих сплавах та за температури відпалювання 1 070 K. Визначено межі існування інтерметалічних фаз на розрізі 0,333 ат. часток Ітрію в литому стані та за температури 1 070 K.

Ключові слова: Самарій, Ітрій, Індій, Манган, тернарна сполука, кристалічна структура, фазові рівноваги.

Системи РЗМ-Mn-In, на відміну від споріднених систем з Co, Ni, Cu, вивчено значно менше [1], хоча власне сполуки з Манганом привертають особливу увагу дос­лідників завдяки цікавим фізичним властивостям. Раніше виявлено існування 24 но­вих тернарних сполук в системах R-Mn-In (R - рідкісноземельний метал). Автори [2, 3] синтезували сполуки NdMnIn (структурний тип MgCu2), GdMnIn, DyMnIn, ErMnIn та YMnIn (структурний тип MgZn2) і дослідили їхні фізичні властивості. В системі з Gd утворюється твердий розчин на основі бінарної сполуки GdMn2 та три тернарні сполуки зі структурами типів MgZn2, MgNi2 і CaIn2 [4]. У [5, 6] досліджено кристалічну структуру ряду ізоструктурних до типу AlB2 сполук складу R(Mn,In)2 та проведено поміри фізичних властивостей деяких з них. Так, сполука YMn092In108 характеризується антиферомагнітним упорядкуванням при TN ~ 247 K.

Мета нашої праці - дослідити взаємодію компонентів у системах {Y, Sm}-Mn-In при 870 K та побудувати ізотермічні перерізи діаграм стану.

Подвійні системи {Sm, Y}-In, Mn-In, {Sm, Y}-Mn, які обмежують досліджу­вані потрійні, вивчено достатньо повно [7-11]. Для них побудовано діаграми стану та визначено кристалічні структури сполук. У системах Sm-In та Y-In утворюється, відповідно, п'ять і шість бінарних сполук: Sm3In (структурний тип AuCu3), Sm2In та Y2In (структурний тип Ni2In), Y5In3 (структурний тип Mn5Si3), SmIn та YIn (структур­ний тип CsCl), Sm3In5 та Y3In5 (структурний тип Pu3Pd5), SmIn3 та YIn3 (структурний тип AuCu3). В системах Sm-Mn та Y-Mn утворюється, відповідно, дві і три бінарні сполуки: SmMn2 (структурний тип MgZn2), YMn2 (структурний тип MgCu2), Sm6Mn23 та Y6Mn23 (структурний тип Th6Mn23), YMn12 (структурний тип ThMn12). У системі Mn-In існує одна бінарна сполука Mn3In (структурний тип Al4Cu9).

© Пустовойченко М., Дзевенко М., Ничипорук Г. та ін., 2008

Зразки для дослідження готували сплавлянням шихти з чистих компонентів (ітрій та самарій з чистотою 0,998 мас. часток основного компонента, манган -0,9992 мас. часток Mn, індій - 0,9999 мас. часток In) в електродуговій печі в атмосфері очищеного аргону (гетер - губчастий титан). Склад зразків контролювали шляхом порівняння мас вихідної шихти і готових сплавів. Втрати при плавленні не перевищували 2% від маси шихти. Сплави відпалювали у вакуумованих кварцових ампулах при 870 К протягом 720 год та загартовували у холодній воді без попереднього розбивання ампул. Зразки на ізоконцентраті 0,333 ат. часток Y відпалювали також при 1 070 К протягом 360 год. Потрійні сплави з низьким вмістом мангану (~ до 0,10 ат. часток) та 0,30-0,60 ат. часток РЗМ є досить нестійкими, розкладаються протягом тижня на повітрі, тому їх зберігали під шаром індиферентного масла. Рентгенофазовий аналіз виконано на основі дифрактограм (дифрактометр ДРОН-2.0, FeKu-випромінювання). Обчислення та індексування одержаних порошкових дифрактограм проводили з використанням програми LATCON (уточнення параметрів елементарних комірок) [12]. Кристалічну структуру сполуки SmMn0,68In1,32 уточнювали методом порошку на основі масиву експериментальних інтенсивностей, отриманому на дифрактометрі ДРОН-3. Необхідні обчислення проводили за допомогою програми FullProf [13].

Ізотермічні перерізи діаграм стану систем {Sm, Y}-Mn-In побудовано в повному концентраційному інтервалі при 870 K за результатами дослідження 27 та 37 потрійних сплавів, відповідно (рис. 1). В обох системах підтверджено існування відомих бінарних сполук [7-11]. У системі з Самарієм при температурі дослідження не виявлено жодної тернарної сполуки. Під час дослідження литих зразків підтверджено існування відомої раніше тернарної сполуки зі структурою типу AlB2 складу SmMn068In132, кристалічну структуру якої визначено методом порошку [5]. На рис. 2 зображено дифрактограму цієї сполуки, в табл. 1 - деталі обчислення та результати уточнення кристалічної структури. В системі з Ітрієм при температурі 870 K (рис. 1) підтверджено існування раніше відомої сполуки YMnIn (структурний тип MgZn2) та за зміною періодів комірки (рис. 3, б) визначено межі області гомогенності, яка простягається від 0,20 до 0,34 ат. часток In. Також виявлено існування твердого розчину заміщення на основі бінарної сполуки YMn2 (структурний тип MgCu2), що простягається до 0,10 ат. часток In (рис. 3, а). Існування сполуки YMn0,67In1,33 (структурний тип AlB2) при температурі 870 K не виявлено.

Також проведено дослідження меж існування інтерметалічних фаз на розрізі 0,333 ат. часток Ітрію за різних температур. Фазовий аналіз литих зразків свідчить, що межі твердого розчину на основі бінарної сполуки YMn2 (структурний тип MgCu2) становлять до 0,10 ат. часток Індію та майже не змінюються при температурах 1 070 та 870 K (рис. 3, а). Практично сталими при зміні температур лишаються і межі області гомогенності тернарної сполуки YMn1+xIn1-x (структурний тип MgZn2; литий стан, x = 0-0,37; 1 070 K, x = 0,05-0,36; 870 K, x = 0-0,37) (рис. 3, б). Межі існування тернарної сполуки YMnxIn2-x зі структурою типу AlB2 звужуються при пониженні температури (литий стан, x = 0,44-0,92; 1 070 K, x = 0,44-0,80), а при 870 K, як уже зазначалось, вона не виявлена. Кристалографічні характеристики інтерметалічних фаз на розрізі 0,333 ат. часток Y наведено в табл. 2. В межах існування усіх трьох фаз відбувається збільшення параметрів комірки при заміні менших за розміром атомів Мангану на більші за розміром атоми Індію.

Sm

б

Рис. 1. Ізотермічні перерізи діаграм стану систем Sm-Mn-In (а) та Y-Mn-In (б) при 870 K

26

Рис. 2. Експериментальна (•), розрахункова (-) та різницева дифрактограми сполуки SmMn0 68In132 (1 - відбиття фази SmMn0 68In132; 2 - відбиття фази SmIn3)

Таблиця 1

Деталі експерименту та результати обчислення структури сполуки SmMn0 68In132

Емпірична формула

SmMn0,68In1,32

Молярна маса, г/моль

339,28

Дифрактометр

ДРОН-3

Випромінювання

1,54060 (CuKa)

Межі 26

16,00°-120,00°

Крок, час знімання

0,05°, 15 с

ПГ, Z

P6/mmm, 1

Параметри комірки, нм

a = 0,48757(8), c = 0,36622(9)

Об'єм, нм3

V = 0,07539(3)

R: 1(a) 0 0 0

Sm

M: 2(d) 1/3 2/3 1/2

0,34(1)Mn+0,66(1)In

B overall , нм2

0,0046(5)

Rp (%)

4,76

Rwp (%)

6,34

RBragg (%)

12,8

Рис. 3. Зміна параметрів елементарної комірки тернарних фаз: а - YMn2-xInx (структурний тип MgCu2); б - YMn1+xIn1-x (структурний тип MgZn2); в - YMnxIn2-x (структурний тип AlB2)

Таблиця 2

Кристалографічні характеристики інтерметалічних фаз на розрізі 0,333 ат. часток Y в системі Y-Mn-In

СТ

Відпалю-

Сполука

Параметри комірки, нм

 

вання Т, К

 

a

c

 

870

YMn2,00-1,70In0-0,30

0,7678-0,7942(1)

-

MgCu2

1 070

YMn2,00-1,70In0-0,30

0,7678-0,7942(2)

-

 

литий

YMn2,00-1,70In0-0,30

0,7678-0,7928(2)

-

 

870

YMn1,37-1,00In0,63-1,00

0,5629(3)-0,5735(2)

0,9191(9)-0,9351(5)

MgZn2

1 070

YMn1,36-1,05In0,64-0,95

0,5650(1)-0,5704(1)

0,9225(9)-0,9310(1)

 

литий

YMn1,37-1,00In0,63-1,00

0,5655(1)-0,5736(7)

0,9241(4)-0,9336(7)

AlB2

1 070 литий

YMn0,80-0,44In1,20-1,56

YMn0,92-0,44In1,08-1,56

0,4831(1)-0,4833(2) 0,4846(2)-0,4836(2)

0,3545(8)-0,3527(2) 0,3524(4)-0,3565(5)

Досліджені у цій праці системи Sm-Mn-In, Y-Mn-In та раніше Er-Mn-In [14] мають значно менше сполук, на відміну від систем {Y, Sm, Er}-Cu-In, де утво­рюється до семи тернарних сполук [1]. Іншою відмінністю є те, що у системах з Ман­ганом тернарні сполуки утворюються при порівняно високому вмісті рідкісно­земельного металу (0,333 ат. часток), водночас як у системах з Co, Ni, Cu сполуки утворюються вже при 0,071 (структурний тип NaZn13), 0,077 (структурний тип ThMn12), 0,083 (структурний тип YNi9In2) ат. часток РЗМ [1]. Подібно до систем РЗМ-{№, Cu}-In сполуки, що утворюються на розрізі 0,333 ат. часток РЗМ, мають області гомогенності, а сполуки R(Mn,In)2, R(Ni,In)2 та R(Cu,In)2 зі структурою типу AlB2 містять приблизно однакову кількість d-металу та Індію (утворюються при високому вмісті Індію). Однак, на відміну від систем Cu та Ni, стабільність цих сполук у системах з Манганом є значно меншою. Певну подібність, зокрема наявність областей гомогенності сполук, досліджені системи проявляють до систем РЗМ-Mn^Al, Ga} [16, 17].

1. Kalychak Ya.M., Zaremba V.I., Pottgen R., Lukachuk M., Hoffman R.-D. Rare Earth-transition metal-indides // Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earth. 2004. Vol. 34. diap. 218.

2. Dhar S.K., Mitra C., Manfrinetti P., Palenzona R. Synthesis and magnetic properties of NdMnIn and some RMnIn (R - rare earth) // J. Phase Equilibria. 2002. Vol. 23. N 1. P. 79-82.

3. Dhar S.K., Manfrinetti P., Palenzona A. Disorder, frustration and lattice volume effects

in YMnIn, Th0.8R0.2MnAl (R = Sc, Lu and Y), ThMn1.3Al0.7 and ThMnAl12-xInx alloys

// Solid State Communications. 2002. Vol.124. P. 379-383.

4. De Negri S., Kaczorowski D., Grytsiv A., Alleno E. et al. Gd(Mn1-xInx)2: crystal structure and physical properties // J. Alloys Comp. 2004. Vol. 365. P. 58-67.

5. Dzevenko M.V., Galdzhun Y.V., Zaremba Y.V., Kalychak Y.M. New ternary indides of rare-earth metals and manganese with AlB2-type structure // J. Alloys Comp. 2005. Vol. 397. P. 161-164.

6. Dzevenko M., Havela L., Prokleska J., Svoboda P., Miliyanchuk K., Kalychak Y. Magnetic and transport properties of R(Mn, In)2 (R - rare-earth metals) with AlB2-structure type // Physica B. 2007. Vol. 393. P. 321-327.

7. Pearson's Handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases / Ed. by Villars P. // American Society for Metals. Materials Park. OH 44073. 1997. Vol. 1-3.

8. Binary Alloys Phase Diagrams / Ed. by Massalski T.B., Okamoto H., Subramanian P.R., Kacprzak L. // American Society for Metals. Materials Park. OH 44073. 1990. Vol. 3.

P. 2267-2268.

9. Myklebust R.L., Daane A.H. The yttrium-manganese system // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1962. Vol. 224. P. 354-357.

10. Kopp W.—U., Romer O., Wachtel E. Konstitution und magnetisches Verhaiten von Mangan-Indium Legierungen im festen und flussigen zustend // Z. Metallk. 1968. Bd. 59. N 12. S. 917-923.

11. Okamoto H. The In-Mn (Indium-Manganese) System // Bull. Alloy Phase Diagrams.

1990. Vol. 11. N 3. P. 303-306.

12. Schwarzenbach D. Program LATCON refine lattice parameters. Lausanne, University of Lausanne, 1966.

13. Program FullProf 2000 (Version 2.80. Jul. 2004. LLB JRC).

14. Дзевенко М.В. Взаємодія компонентів в системах Er-{Mn, Fe, Co, Ni}-In (фазові рівноваги, кристалічна структура та властивості сполук): Автореф. дис. ... канд. хім. наук. Львів, 2006.

15. Дзевенко М., Галаджун Я., Давидов В., Каличак Я. Інтерметалічні фази на розрізі 0,333 атомні частки Ербію в системі Er-Mn-In // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. 2004. Вип. 44. С.14-17.

16. Марків Б.Я., Бєлявіна Н.М., Карпенко В.А., Карпенко О.О. Фазові рівноваги в системі Er-Mn-Ga (до 0,333 ат. дол.) і нові представники структурних типів ThMn12, Th2Zn17, Th2Ni17 в системах рідкісноземельних металів з марганцем і галієм // Доп. АН УРСР. Сер. А. 1985. № 9. С. 76-80.

17. Гринь Ю.М., Гладышевский Р.Е. Галлиды. М.: Металлургия, 1989.

COMPONENT INTERACTION IN Y-Mn-In AND Sm-Mn-In SYSTEMS

M. Pustovoychenko, M. Dzevenko, G. Nychyporuk, Z. Shpyrka, Ya. Kalychak

Ivan Franko National University of Lviv, Kyryla & Mefodiya Str., 6, 79005 Lviv, Ukraine

Interaction of the components in Sm-Mn-In and Y-Mn-In systems was investigated by X-ray methods and isothermal section of phase diagrams were constructed at 870 K in full concentration range. No ternary compounds were found in system with Sm under temperature of annealing. Compound SmMn0 68In132 with AlB2 structure type exists in as-cast alloys. In system with Y the existence of ternary compound YMnIn (str. type MgZn2) was suggested and the range of its homogeneity region was determined. Also, the existing of solid solutions based on binary compounds YMn2 (MgCu2 structure type) was found. The compound with AlB2 structure type exists in as-cast alloys and at 1 070 K. The homogeneity range of intermetallic phases on the section of 0,333 at. parts of Y was carried out in the as-cast samples and at the temperature 1 070 K.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

М Пустовойченко, M Дзевенко, Г Ничипорук - Взаємодія компонентів у системах y-mn-in та sm-mn-in