تهیه ترکیب128 های CrN و Cr2N در جو نیتروژن با روشی جدید و مطالعه TGA و DSC واکنش های مربوط

محورهای موضوعی : شیمی کاربردی

سید علی اکبر سجادی ¹

1 - دانشیار شیمی معدنی، پژوهشکده علوم و فناوری های انرژی، آب و محیط زیست، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/10/13 تاریخ پذیرش : 1401/03/17 تاریخ انتشار : 1401/06/01

کلید واژه: کروم, تجزیه گرمایی, کروم نیترید, DSC و TGA,

چکیده مقاله :

در دهه گذشته، پوشش‌های نیترید فلزهای واسطه، به طور عمده بر پایه کروم، به دلیل کاربردهای بالقوه در بسیاری از زمینه‌ها مانند پوشش‌های مغناطیسی، الکترونیک و تجهیزات نوری و تزئینی توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند. ترکیب های کروم نیترید (CrN) به دلیل ویژگی های مکانیکی مطلوب (مقاومت در برابر سایش، ضریب اصطکاک کم و سختی بالا) و ویژگی شیمیایی (مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی) برای محافظت در برابر سایش و خوردگی کاربردهای زیادی پیدا کرده اند. در این پژوهش تهیه ترکیب های CrN و Cr2N در جو نیتروژن انجام شده است. بدین منظور در حین تهیه رفتار گرمایی مواد موجود در محیط واکنش با دو روش تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA) و گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) تحت جو گاز نیتروژن از 25 تا C° 1600 بررسی شد. در فواصل دمایی مشخص انتالپی واکنش محاسبه شد. نتیجه ها تایید کردند که در جو نیتروژن واکنش کروم بین 100 تا C° 1600 در دو مرحله جداگانه (هر دو گرماگیر) رخ می دهد. شناسایی فراورده به دست آمده با پراش پرتو ایکس (XRD) انجام شد. نتیجه های به دست آمده از هر دو روش (DSC و TGA)، پدیدآمدن ترکیب های متفاوت نیترید کروم را تایید می کردند. ریخت شناسی فراورده به دست آمده با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد.

چکیده انگلیسی:

Over the past decade, intermediate metal nitride coatings, mainly chromium-based, have attracted considerable attention due to their potential applications in many fields such as magnetic, electronic, optical and / or decorative coatings. Chromium nitride (CrN) compounds have many applications for protection against wear and corrosion due to their good mechanical properties (wear resistance, low friction coefficient, and high hardness) and chemical properties (oxidation and corrosion resistance). In this research, the synthesis of CrN and Cr2N compounds in nitrogen atmosphere has been carried out. For this purpose, during the synthesis, the thermal behavior of the materials in the reaction medium was investigated using thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) under nitrogen gas atmosphere from 25 to 1600 °C. The reaction enthalpy was calculated at specific temperature intervals. The results confirmed that in the nitrogen atmosphere the chromium reaction occurs between 100-1600 °C in two separate phases (both endothermic). The resulting products were identified using the XRD technique. Both techniques produced results that confirmed the different combinations in the production process. The morphology of the obtained products was examined by SEM electron microscopy.

منابع و مأخذ:

[1] Shan, C.; Hou, X.; Choy, K.; Choquet, P.; Surface and coatings thechnology  202(10), 2147-2151, 2008.

[2] Lee, S.; Kakati, N.; Maiti, J.; Jee, S.; Thin Solid Films 529, 374-379, 2013.

[3] Al Zoubi, W.; Yoon, D.K.; Ko, M.L.; Journal of Molecular Liquids 308, 113160, 2020.

[4] Vetter, J.; Surface and Coatings Technology 76-77, 719-724, 1995.

[5] Huang, M.; Mishra, S.B.; Liu, S.; ACS Sustainable Chemistry & Engineering 5(9), 8127-8136, 2017.

[6] Zhang, H.; Ping Li, P.; Wang, Z.; Cui, W.W.; Zhang, Y.; Zheng, S.; ACS Sustainable Chemistry & Engineering 6(5), 6811-6819, 2018.

[7] Zhao, Z.B.; Reck, Z.U.; Yalisove, S.M.; Billelo, J.C.; Surface and Coatings Technology 185(2), 329-339, 2004.

[8] Wiecinski, P.; Smolik, J.; Garbacz, H.; Kurzydlowski, K.J.; Thin Solid Films 519(12), 4069-4073, 2011.

[9] Fenker, M.; M. Balzer.; H. Kappl.; Thin Solid Films 515(1), 27-32, 2006.

[10] Das, B.; Behm, M.; Lindbergh, G.; Reddy, M.V.; Advanced Powder Technology 26(3), 783-788, 2015

[11] Feng, W.; Li, D.; Li, W.F.; Ma, S.; Li, Y.B.; Xiong, D.K.; Zhang, W.S.; Zhang, Z.D.l.; Journal of Alloys and Compounds 425(1-2), 4-9, 2006.

[12] Shen, L.; Sun, N.; Cheng, T.; Cui, Q.; Materials Letters  62(10-11), 1469-1471, 2008.

[13] Conde, A.; Cristóbal, A.B.; Fuentes, G.; Tate, T.; de Damborenea, J.; Surface and Coatings Technology 201(6), 3588-3595, 2006.

[14] Lin, J.; Mishra, B.; Moore, J.J.; Sproul, W.D.; Surface and Coatings Technology  202(14), 3272-3283, 2008.

[15] Hu, X.; Qiu, L.; Pan, X.; Zhang, J.; Li, X.; Zhang, S.; Dong, C.; Vacuum 199, 110902, 2022.

[16] Mayrhofer, P.; Willmann, H., Mitterer, C.; Surface and Coatings Technology 146, 222-228, 2001.

[17] Meng, C.; Yang, L.; Wu, Y.; Tan, J.; Dang, W.; He, X.; Ma, X.; Journal of Nuclear Materials 515, 354-369, 2019.