539.3620.194
621.795

титан
кисень
вуглець
азот
бор
термодинамічний аналіз
бінарні хімічні сполуки
titanium
oxygen
nitrogen
carbon
boron
thermodynamic analysis
binary chemical compounds

Титан належить до легких металів, які внаслідок низької питомої густини та низького модуля пружності мають значні переваги при використанні в автомобільній та авіаційній промисловостях. Застосування методів інженерії поверхні дозволяє розширити сфери використання титанових сплавів, забезпечити надійність та роботоздатність виробів з них, суттєво підвищити економічність їх експлуатації. Проведення попередніх термодинамічних розрахунків у системі «Ti-C-N-O-B» дозволить оптимізувати вибір схем та режимів обробок для формування тих чи інших сполук на метал, що підтверджує актуальність теми даної роботи. Наведено результати термодинамічного аналізу ймовірності утворення хімічних сполук у системі «Ti-C-N-O-B». Проведено ранжування утворення хімічних реакцій залежно від температури (Т = 100…1200°С) й тиску повітря (Р = 1,33∙10-8…1∙105 Pа). Показано, що найактивніше титан буде взаємодіяти з киснем, утворюючи твердий розчин втілення з подальшим утворенням оксидів. Наступними за ймовірністю будуть утворюватися нітриди, потім карбіди і до температури Т = 900°С – бориди титану. Виявлено, що вище температури Т = 900°С сполука TiB утворюватися не повинна, може відбуватися лише дифузійне насичення титану бором. Показано, що за контакту B2O3 та B2O2 з титаном ці оксиди будуть розпадатися й утворювати відповідно оксиди титану та бориди титану. За контакту титану з нітридом бору ймовірно буде відбуватися його дисоціація та утворення нітриду титану й бориду титану. Карбід бору B4C за контакту з титаном буде виступати як донор бору та вуглецю, а вище Р = 700°С він буде розкладатися на бор та вуглець. Зниження тиску повітря зменшує ймовірність утворення сполук, що містять кисень та азот. За температури Т = 800°С існуюча сполука B2O2 буде розкладатися і не буде утворюватися за тиску нижче Р = 1,33∙103 Pа. Подібна ситуація складеться для B2O3 за температури Т = 1000°С – ця сполука не може утворюватися за тиску нижче Р = 0,133 Pа. Зниження тиску до Р = 1,33 Pа за температури Т = 1000°С призводить до збільшення ймовірності утворення TiC ніж TiN. Доставляння бору через газову фазу оксиду B2O3 стає ймовірним вище температури Т = 950°С, коли тиск його насиченої пари стає вищим за Р = 1,33∙10-3 Pа.
Results of the thermodynamic analysis of the probability of formation of chemical compounds in the «Ti-C-N-O-B» system are presented in this paper. The ranking of the formation of chemical reactions as a function of temperature (T = 100...1200°C) and air pressure (P = 1.33∙10-8...1∙105 Pa) is carried out. It is shown, that titanium will interact with oxygen most actively, forming a interstitial solid solution with the subsequent T = 900°C titanium boride. Reduction of air pressure is not likely to reduce the formation of compounds containing formation of oxides; following the probability, nitrides will be formed, then carbides and up to temperature oxygen and nitrogen. Thus, at the temperature T = 800°C, the available compound B2O2 will be decomposed and will not be formed at the pressure below P = 1.33∙103 Pa.

1. Lutjering, Gerd. Williams Titanium [Text] / Gerd, Lutjering, C. James. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. – P. 442.
2. Александров, А.В. Разные грани титана и его сплавов (продолжение) [Teкст] / А.В. Александров Б.А. Прудковский // Титан. – 2004. – № 1 (14). – С. 74 – 79.
3. Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник [Teкст] / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин. − М. : ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.
4. Смирнов, А.В. Поверхностное упрочнение титана методами ХТО [Teкст] / А.В. Смирнов, А.Д. Начинов // МиТОМ. – 1960. – № 3. – С. 22 – 29.
5. Тот, Л. Карбиды и нитриды переходных металлов [Teкст] / Л. Тот. – М. : Мир, 1974. – 296 с.
6. Кипарисов, С.С. Карбид титана. Получение, свойства, применение [Teкст] / С.С. Кипарисов, Ю.В. Левинский, А.П. Петров. – М. : Металлургия, 1987. – 216 с.
7. Самсонов, Г.В. Тугоплавкие покрытия [Teкст] / Г.В. Самсонов, А.П. Эпик. – М. : Металлургия, 1973. – 400 с.
8. Диффузионные карбидные покрытия [Teкст] / Лоскутов В.Ф., Хижняк В.И., Куницкий Ю.А., Киндрачук М.В. – К. : Техника, 1991. – 168 с.
9. Некоторые свойства диффузионных карбидных и боридных покрытий на тугоплавких металлах [Teкст] / Эпик А.П., Бовкун Г.А., Голубчик И.В., Синицина Л.П. // В кн.: Диффузионные покрытия по металлу. Материалы семинара. – К. : Наукова думка, 1977. – С. 144.
10. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений [Teкст] / Под ред. Косолаповой Т.Я. – М. : Металлургия, 1986. – 928 с.
11. Гольдшмидт, Х.Дж. Сплавы внедрения: в 2-х т. [Teкст] / Х.Дж. Гольдшмидт. – М. : Мир, 1971. – Т. 1 – 424 с.; Т. 2 – 464 с.
12. NASA/NP-2001-210959/REV1, CAP: A Computer Code for Generating Tabular Thermodynamic Functions from NASA Lewis Coefficients [Text] / Michael J. Zehe, Sanford Gordon and Bonnie J. McBride. – Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, February 2002. – 77 p.
13. NASA/TP-2002-211556, NASA Glenn Coefficients for Calculating Thermodynamic Properties of Individual Species [Text] / Bonnie J. McBride, Michael J. Zehe and Sanford Gordon. – Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, September 2002. – 286 p.
14. Гурвич, Л.В. Термодинамические свойства индивидуальных веществ [Teкст] / Л.В. Гурвич, И.В. Вейц, В.А. Медведев и др. Справочное издание: в 4-х т. – 3-е изд., перераб. и расширен. – Т. 3. Кн. 2. – М. : Наука, 1981. – 400 с.
15. Гурвич, Л.В. Термодинамические свойства индивидуальных веществ [Teкст] / Л.В. Гурвич, И.В. Вейц, В.А. Медведев и др. Справочное издание: в 4-х т. – 3-е изд., перераб. и расширен. – Т. 4. Кн. 2. – М. : Наука, 1982. – 560 с.
16. Жуховицкий, А.А. Физическая химия [Teкст] / А.А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман. – М. : Металлургия, 1968. – 520 с.
17. Швейкин, В.С. Соединения переменного состава и их твердые раствор [Teкст] / В.С. Швейкин, В.И. Алямовский, Ю.Г. Зайнулин и др. – Свердловск : УНУ АН СССР, 1984. – 294 с.
18. Алямовский, С.И. Оксикарбиды и оксинитриды металлов IVA и VA подгрупп [Teкст] / С.И. Алямовский, Ю.Г. Зайнулин, Г.П. Швейкин. – М. : Наука, 1981. – 144 с.

1. Lutjering Gerd, James C. Williams Titanium. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007, 442 р.
2. Aleksandrov A.V., Prudkovskij B.A. Raznye grani titana i ego splavov (prodolzhenie), Titan, 2004, No. 1 (14), pр. 74 – 79 [In Russian].
3. Ilin A.A., Kolachyov B.A., Pol`kin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svojstva: spravochnik. M., VILS-MATI, 2009, 520 р. [In Russian].
4. Smirnov A.V., Nachinov A.D. Poverxnostnoe uprochnenie titana metodami СhTO, MiTOM. 1960. No. 3, рр. 22 – 29 [In Russian].
5. Tot L. Karbidy i nitridy perexodnyx metallov. M., Mir, 1974, 296 р. [In Russian].
6. Kiparisov S.S., Levinskij Yu.V., Petrov A.P. Karbid titana. Poluchenie, svojstva, primenenie. M., Metallurgiya, 1987, 216 р. [In Russian].
7. Samsonov G.V., Epik A.P. Tugoplavkie pokrytiya. M., Metallurgiya, 1973, 400 р. [In Russian].
8. Loskutov V.F., Xizhnyak V.I., Kuniczkij Yu.A., Kindrachuk M.V. Diffuzionny'e karbidny'e pokry'tiya. K., Texnika, 1991, 168 р. [In Russian].
9. Epik A.P., Bovkun G.A., Golubchik I.V., Sinicina L.P Nekotorye svojstva diffuzionnyx karbidnyx i boridnyx pokrytij na tugoplavkix metallax. V kn.: Diffuzionnye pokrytiya po metallu. Materialy seminara. K., Naukova dumka, 1977, 144 р. [In Russian].
10. Svojstva, poluchenie i primenenie tugoplavkix soedinenij. Pod red. Kosolapovoj T.Ya. M., Metallurgiya, 1986, 928 р. [In Russian].
11. Goldshmidt X.Dzh. Splavy` vnedreniya: v 2-x t. M., Mir, 1971. Vol. 1, р. 424; Vol. 2, 464 p. [In Russian].
12. NASA/NP-2001-210959/REV1, CAP: A Computer Code for Generating Tabular Thermodynamic Functions from NASA Lewis Coefficients, Michael J. Zehe, Sanford Gordon, and Bonnie J. McBride, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2002, 77 p.
13. NASA/TP-2002-211556, NASA Glenn Coefficients for Calculating Thermodynamic Properties of Individual Species, Bonnie J. McBride, Michael J. Zehe, and Sanford Gordon. Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, September 2002, 286 p.
14. Gurvich L.V., Vejcz I.V., Medvedev V.A. et. al. Termodinamicheskie svojstva individualnyx veshhestv. Spravochnoe izdanie: v 4-x Vol. 3 izd., pererab. i rasshiren Vol. 3, No. 2. M., Nauka, 1981, 400 p. [In Russian].
15. Gurvich V., Vejcz I.V., Medvedev V.A. et. al. Termodinamicheskie svojstva individualnyx veshhestv. Spravochnoe izdanie: v 4-x Vol., 3 izd., pererab. i rasshiren. Vol. 4, No. 2. M., Nauka, 1982, 560 p. [In Russian].
16. Zhuxoviczkij A.A., Shvarczman L.A. Fizicheskaya ximiya. M., Metallurgiya, 1968, 520 p. [In Russian].
17. Shvejkin V.S., Alyamovskij V.I., Zajnulin Yu.G., et.al. Soedineniya peremennogo sostava i ix tverdy'e rastvory, Sverdlovsk, UNU AN SSSR, 1984, 294 p. [In Russian].
18. Alyamovskij S.I., Zajnulin Yu.G., Shvejkin G.P. Oksikarbidy i oksinitridy metallov IVA i VA podgrupp. M., Nauka, 1981, 144 p. [In Russian].