Nanokrystaliczne stopy typu TiFe otrzymywane metodą mechanicznej syntezy

• Autorzy: Makowiecka M. , Skoryna D. , Jurczyk M.

Warianty tytułu

EN

Nanocrystalline TiFe alloys produced by mechanical alloying

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było wytworzenie stopów typu TiFe metodą mechanicznej syntezy (MA). W miarę postępowania procesu MA zaobserwowano poszerzenie linii dyfrakcyjnych składników wyjściowych oraz zmniejszanie ich intensywności. Stopy amorficzne uzyskano po 20 godzinach procesu bezpośrednio z mieszaniny początkowej pierwiastków. Obróbka cieplna otrzymanych materiałów (700°C/0,5 h) powoduje ich krystalizację tworząc strukturę typu CsCl. Proces amorfizacji mieszaniny proszków badano także metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Zaobserwowano przemianę fazową typu egzotermicznego w temperaturze około 650 °C dla mieszaniny TiFe. Oprócz badań rentgenowskich prowadzono również obserwacje mikroskopowe otrzymanych nanomateriałów. Podczas procesu mechanicznej syntezy powstają aglomeraty, które charakteryzują się licznymi pęknięciami i niejednorodnym rozrzutem wielkości cząstek. Średni rozmiar krystalitów wyznaczony z badań AFM wynosił ~25 nm. Przeprowadzone badania pozwalają stwierdzić, że metoda mechanicznej syntezy (MA) nadaje się do otrzymywania proszków stopów typu TiFe. Wykazano, że częściowe zastąpienie żelaza niklem powoduje wzrost pojemności wyładowania. Dla TiFe0.25Ni0.75 pojemność wyładowania w 3. cyklu wynosi 159 mAh/g. Materiał kompozytowy TiFe0.25Ni0.75/10% wag. C cechuje się najlepszą charakterystyką w pracy cyklicznej. Wyprodukowane nanokrystaliczne materiały mogą być zatem zastosowane jako materiał elektrodowy w nowoczesnych ogniwach typu NiMH(x).

EN

Mechanical alloying (MA) was employed to produce TiFe-type alloys (Figs. 1, 2). The originally sharp diffraction lines elemental powders gradually become broader and their intensity decreases with milling time. XRD analysis showed that: firstly, after 20 h of milling, the starting mixture of the dements had decompose into an amorphous phase and secondly, the annealing in high purity argon at 700 °C for 0,5 h led to formation of the CsCl - type structure (Fig. 3). The amorphisation process of TiFe was also studied by DSC (Fig. 4). After MA, the DSC curve stabilized exhibiting one exothermic effect at 650°C. According to SEM studies, during MA process, many small powder particles have a tendency to agglomerate, which shows cleavage fracture morphology and inhomogeneous size distribution (Fig. 5). According to AFM studies, the average crystallite size of the nanocrystalline TiFe powders was of the order of 25 nm (Fig. 6). In conclusion, mechanical alloying is a suitable procedure to obtain Ti-based electrode alloy powders. With increasing nickel content in TiFe(1-x)Ni(x) the materials shows an increase in discharge capacity which passes through a maximum for x = 0.75. On 3rd cycle the discharge capacity was 159 mAh/g (Fig. 7). The composite TiFe0.25Ni0.75 /10 % wag. C material has higher resistance to surface degradation during repeated charge - discharge. Nanocrystalline TiFe-type alloys produced by MA method can be applied as negative electrode materials for modern Ni-MH(x) batteries.

Słowa kluczowe

PL

stop nanokrystaliczny; stop TiFe; synteza mechaniczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 1
• Strony: 44--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Makowiecka M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

autor

Skoryna D.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

autor

Jurczyk M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Poznańskiej

Bibliografia

• [1] Anani A.. Yisintin A., Petrow K., Srinavasan S.: Alloys for hydrogen storage in nickiel/hydrogen and nickel/metal hydride batteries. J. Power Sources 47, 1994. 261-275
• [2] Benjamin J. S.: Fundamentals of mechanical alloying. Materials Science Forum 88-90, 1992. 1-18
• [3] Jurczyk M.: Mechaniczna Synteza, Wyd. Politechniki Poznańskiej, 2003
• [4] Zaluski L.. Zaluska A., Strm-Olsen J.O.: Nanocrystalline materiał hydrides. J. Alloys Comp., 253-254. 1997. 70-79
• [5] ITE Battery Newsletter. 1995. 2
• [6] Jurczyk M.. Rajewski W.. Wójcik G.. Majchrzycki W.: Metal hydride electrodes prepared by mechanical alloying of ZrV2 -type materials, J. Alloys Compounds 285. 1999. 250-254
• [7] Jurczyk M.. Rajewski W.. Majchrzycki W.. Wójcik G.: Mechanically alloyed MmNiS type materials for metal hybride electrodes. J. Alloys Comp., 290. 1999, 262-266
• [8] Jurczyk M., Rajewski W.: Nanocrystalline hydrogen storage alloys formed by mechanical alloying. w Interface Controlled Materials, ed. Rhle M.. Gleiter H.. Weinheim. New York. Cni Chester, Brisbane, Singapore. Toronto, Wiley-VCH, tom 10. 2000. 304-309
• [9] Majchrzycki W.. Jurczyk M.: Elektrodę characteristics of nanocrystalline (Zr. Ti)(V. Cr. Ni)2 41 compound, J. Power Sources, 2000, 77-81
• [10] Jurczyk M.. Jankowska E., Makowiecka M.. Wieczorek L: Electrode characteristics of nanocrystalline Ti-Fe type alloys. Journal of Alloys and Comp.. 354 (2003) L3-L4
• [11] Schaffer G. B.. McCormick P. G.: Mechanical alloying. Materials Forum 16. 1992, 91-97
• [12] Elliott R. P.: Constitution of binary alloys (lst Supplement) McGraw - Hill Book Company. 439
• [13] Jurczyk M.. Jankowska E.. Nowak M.. Jakubowicz J.: Nanocrystalline titanium - type metal hydride electrodes prepared by mechanical alloying. J. Alloys Comp. 336, 2002. 26S/-269
• [14] Jakubowicz J.: Application atomie force microscopy in microstructure analysis of mechanically alloyed Nd2Fe14B/a-Fe-type nanocomposites, J. Alloys Comp. 351, 2003, 196-201
• [15] Szajek A.. Jurczyk M.. Jankowska E.: The electronic and electrochemical properties of the TiFe, xNi x alloys, Phys. Stat. Soi. (a), 196. 2003, 256-259