Металл азот: Металл + азот, 6 (шесть) букв

alexxlab | 03.01.2023 | 0 | Разное

Применение азота для термообработки металлов: особенности и эффективность технологии

В промышленности используется азот для термообработки металлов. Технология улучшает характеристики материала. Во время обработки сталь поддается воздействию высокими температурами. Улучшается твердость металлических поверхностей, прочность. Не меняется размер изделий, поэтому данный метод используется для изделий, прошедших закалку и шлифовку. После азотирование металл поддается финишной обработке.

Особенности технологии

Металл нагревается до высоких температур в контейнере с большой концентрацией аммиака. Верхний слой наполняется азотом, что влечет за собой такие изменения:

• увеличивается твердость и износоустойчивость;
• улучшаются прочностные характеристики;
• обеспечивается коррозийная устойчивость даже при продолжительном контакте с водой, воздухом с большой влажностью.

Насыщение азотом помогает получить стабильные показатели металлических деталей. Обработка азотом более эффективная, чем цементация.

Верхний слой, который образуется при высоких температурах, сохраняет полученные характеристики при 550–650 градусах. При цементации металлические детали выдерживают температуру не больше 225 градусов. Азотирование увеличивает прочность в 1,5–2 раза.

Как происходит процесс

Вся работа происходит при температуре 500–600 градусов. Металл ставят в печь. Изделие находится в герметичном закрытом контейнере. Разогревается до показателей, которые соответствуют режиму. Находящийся под давлением аммиак поступает внутрь. Под воздействием высокой температуры он распадается на водород и азот. Последний элемент вступает в реакцию с верхним слоем. От контакта азота и элементов металла получаются нитриды, которые обеспечивают прочность. После окончания манипуляции происходит плавное охлаждение. Азот на поверхности образует нитридный слой, толщина которого составляет 0,3–0,6 мм.

Термическая обработка с применением азота подходит для коррозионно-устойчивых деталей, которые эксплуатируются в условиях трения в агрессивной среде при больших температурах. Азотирование применяют для увеличения устойчивости к коррозии.

Обработка проводится в несколько этапов:

• подготовка при высокой температуре;
• шлифовка;
• защита поверхностей, которые не нуждаются в обработке;
• термообработка азотом;
• финишная подгонка.

Наблюдается минимальное изменение параметров. Оно зависит от толщины металла. Чтобы исключить деформацию полностью используется инновационный метод — ионная обработка азотом. Этот метод предполагает минимальное термическое воздействие.

Для азотирования применяют газообразные или жидкие рабочие среды. Этот может быть 50% аммиака и 50% пропана. В некоторых случаях используется эндогаз. Рабочая среда воздействует на металл 3 часа. Ионно-плазменное действие на поверхность, в отличие от традиционного, происходит в рабочей среде, которая находится в жидком состоянии. Для получения стабильного эффекта применяются расплавленные цианистые соли.

Наша продукция

Смотреть каталог

Эффективность технологии

На получение необходимого результата влияет несколько факторов:

• температура технологической операции;
• с каким давлением газ в муфель;
• сколько времени детали выдерживают в печи.

Результативность технологического процесса зависит от распада аммиака. В нормальных условиях это значение — 15–45%. Высокая температура нарушает прочность слоя нитридов на поверхности металла, зато ускоряет распад вещества и диффузию азота. Для получения результата процесс проводят в два этапа. Сначала происходит нагрев до 525 градусов. Что позволяет получить необходимую степень твердости. На втором этапе происходит нагрев до 600–625 градусов. Процесс углубления в металл увеличивается в два раза. Полученный слой не стирается при постоянной активной работе механизма и трения при больших температурах.

Азот используется для обработки углеродистой стали или легированного металла с содержанием углерода 0,3–0,5%.

Эффект получается только в том случае, если в составе металла есть большое количество компонентов, которые вступают в реакцию с азотом и образуют нитриды. Азотирование используется для обработки материалов, в состав которых входит молибден, алюминий, хром. После использования азота углеродистые стали отличаются твердостью 200–250 HV, легированные — HV.

Азотирование — эффективный метод для предотвращения преждевременного изнашивания. Обработка азотом делает поверхность устойчивой к коррозии. Технологический процесс не требует других методов термообработки. Практически не меняется размер и вес металла. Используется в станкостроении, сферах тяжелой промышленности, применяющих особые требования к деталям механизмов. Одним из плюсов — цена азота для обработки металлических поверхностей.

Впервые создан комплекс одновременно с одинарной, двойной и тройной связью металл-азот

Химики из Университета Мичигана впервые синтезировали комплекс, в котором центральный атом металла одновременно образует одинарные, двойную и тройную связи с атомами азота лигандов. Нитридо-имидо-амидный комплекс хрома был получен в двухстадийном синтезе и оказался янтарно-желтым кристаллическим соединением. Синтез необычного вещества приведен в Chemical Science, кратко о нем сообщает блог Королевского химического общества (Великобритания).

Порядок связи в химии — величина, определяющая какое количество электронов ответственно за образование этой связи. К примеру, обыкновенную, одинарную связь, образуют два электрона. Такой тип связи можно встретить, например, у молекулы водорода, H₂. Двойная связь требует уже четырех электронов, такое наблюдается, к примеру в кислороде, O₂. Тройные связи, требующие шесть электронов для «скрепления» двух атомов, встречаются в привычной нам молекуле азота, N₂. О_{ни делают ее необычайно прочной, но встречаются уже не так часто как одинарные и двойные. Порядки связи выше четвертого — большая редкость, встречающаяся, к примеру, в комплексах хрома, молибдена, вольфрама и урана (вплоть до шестого порядка).}

То, какие именно связи образуются в молекуле, сильно влияет на ее свойства. Поэтому очень важно уметь предсказывать распределение электронов соответствующее наиболее устойчивым частицам. Для того, чтобы проверить и уточнить существующие теории, химики ищут частицы с исключительными свойствами, например необычным распределением связей. Впервые комплекс, в котором центральный атом образует сразу три связи разной кратности с атомами одного типа был синтезирован в 1978 году. Это было соединение вольфрама, содержавшее одинарную, двойную и тройную связи с атомами углерода. 

Изначально авторы новой работы планировали изучить свойства другого комплекса, в котором вокруг одного атома хрома присутствуют одна тройная связь с атомом азота и три обыкновенных. Целевое вещество, как предполагали химики, могло существовать в двух формах, «перебрасывая» электроны и атом водорода внутри молекулы — вторая форма содержала две двойные связи и две обыкновенные.

В качестве отправной точки к его синтезу ученые выбрали нитридо-комплекс хрома. В этом соединении присутствует тройная связь хром-азот, два амидных заместителя, связанных с атомом хрома одинарными связями и атом иода. На первой стадии авторы заместили атом иода на еще один амидный фрагмент (фениламидный). В результате образовался комплекс, в котором атом хрома окружен четырьмя атомами азота и двумя типами связей — тройной и одинарными. Спектроскопические исследования показали, что второй формы у этого комплекса нет. 

Однако интересный результат дало исследование его химических свойств. При обработке гидридом калия — чрезвычайно сильной щелочью — происходил отрыв атома водорода, располагавшегося на одном из трех амидных атомов азота. В результате этого, в молекуле, в которой все электроны уже были распределены, появилась еще одна «лишняя» пара электронов. Она и превратила одну из одинарных связей в двойную. Авторам удалось получить два соединения с таким строением — калиевую соль (темно-красная) и более сложную, в которой калий входит в состав криптанда — специальной органической «шубы» (янтарно-желтая). Последнюю удалось выделить в кристаллическом виде.

Ранее химические журналы сообщали и о других синтезах веществ с необычными свойствами, к примеру, полностью неорганических ароматических анионов, самовоспроизводящихся ротаксанов, молекулярных насосов и других соединений, относящихся к химической экзотике.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Разгадана тайна катализаторов металл-азот-углерод

Металлы СМЕНИТЬ ТЕМУ

Главная » Металлы и сплавы » Новости » Тайна металл-азот-углеродных катализаторов разгадана

8 июня 2021 г. | Корделия Сили

Иллюстрация процесса пиролиза для получения катализаторов M-N-C. Эксперимент с нано-КТ в среде 5% водорода + ?95% азота. (a–g) Репрезентативные рентгеновские томограммы поперечного сечения во время линейного изменения температуры, (h) Объемная трехмерная визуализация частицы в выбранной области на (g) и (i) репрезентативная томография поперечного сечения после охлаждения образца. . Скорость линейного изменения составляла 10 °С в минуту, а время выдержки при каждой температуре составляло 15 минут, от комнатной температуры до 1180 °С. Масштабная линейка: 5 мкм.

Катализаторы переходный металл-азот-углерод (M-N-C) могут быть полезны для топливных элементов с полимерным электролитом (PEFC), которые чисто преобразуют водород в электричество, в качестве альтернативы платиновым и другим катализаторам из драгоценных металлов. Хотя эти катализаторы могут быть легко синтезированы с помощью высокотемпературной обработки (или пиролиза) в инертной атмосфере, механизм процесса совершенно не ясен. Пиролиз — это нечто вроде процесса «черного ящика», где прекурсоры идут с одной стороны, а катализаторы — с другой. Теперь исследователи раскрыли секреты пиролиза катализатора M-N-C, используя ряд методов in situ и ex situ [Huang и др. , Materials Today (2021), https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.006].

«Процесс нагревания материала до высокой температуры использовался годами, но не был понят», — говорит Ирина В.

Зенюк из Калифорнийского университета в Ирвине, которая доверила работу Пламену Атанасову. «Это [включает] «слепой» или эмпирический подход к оптимизации методом проб и ошибок, чтобы сделать электрокатализаторы лучше».

Вместе с коллегами из Национальных лабораторий Аргонна и Лоуренса Беркли и Берлинского технического университета в Германии Зенюк и Атанасов использовали рентгеновские лучи высокой яркости, чтобы исследовать, что происходит с катализаторами M-N-C при нагревании от комнатной температуры до 1000°C. Используя ряд методов, исследователи проследили химическую и морфологическую трансформацию азотсодержащей органической соли, соли переходного металла и порошка кремнезема во время пиролиза.

«Мы попытались понять, какой температурный режим наиболее важен для синтеза катализатора пиролизом, — говорит Зенюк. «Мы хотели знать, когда начинается химическое превращение и предшествует ли морфологическое изменение химическому или является его результатом».

Исследователи обнаружили три различных этапа процесса. Первоначально до 400°С органический азотсодержащий прекурсор никарбазин начинает плавиться и заполнять пустоты в прекурсоре. При повышении температуры от 400°С до 900°С формируются домены аморфного углерода, создающие углеродный «остов», и начинают появляться кластеры металлического железа. Наконец, выше 900°C происходит графитизация углерода и агломерация наночастиц металла.

«Раньше никто [не пытался] наблюдать одновременно морфологическую, химическую и структурную эволюцию катализатора», — отмечает Зенюк. «Это первое исследование, в котором задокументировано и объяснено, что происходит с материалом катализатора на каждой стадии нагрева».

Используя эти наблюдения и собранную информацию, исследователи полагают, что станет возможным разработать более активные катализаторы M-N-C с большим контролем.

«Знание того, при какой температуре происходит какое превращение, дало бы нам возможность разрабатывать катализаторы более рационально, предсказуемо и достигать все лучших и лучших результатов, приближая нас все ближе и ближе к «платиновой цели» превосходной производительности», — сказала она. говорит.

Поделись этой новостью

Текущие исследования

 

Одноатомные катализаторы ускоряют реакцию электровосстановления азота

Том 38, страницы 99–113Zhijun Zhu, Chengzhou Zhu, Kyle Chen, Xueji Zhang, Jing Tang, Jun Chen

Текущие исследования

 

Катализаторы пиролиза: прямое наблюдение за химическими и морфологическими превращениями, ведущими к материалам переходный металл-азот-углерод

Том 47, страницы 53–68 Ечуань Чен, Минцзе Сюй, Тристан Эссет, Питер Тиу, Альберт Гили, Девашиш Кулкарни, Винсент Де Андраде, Франческо Де Карло, Гарольд С. Барнард, Эндрю Доран, Дилворт Ю. Паркинсон, Сяоцин Пан, Пламен Атанасов, Ирина Васильевна Зенюк

Текущие исследования

 

Катализаторы пиролиза: прямое наблюдение за превращениями в процессе повторного пиролиза материалов переходный металл-азот-углерод, ведущих к современному безметалловому электрокатализатору платиновой группы

Том 53, страницы 58 –70Ин Хуан, Минцзе Сюй, Тристан Асет, Синсюй Ян, Катерина Артюшкова, Муника Кодали, Имонн Мерфи, Элвин Ли, Сяоцин Пань, Ирина В. Зенюк, Пламен Атанасов

Азот | Определение, символ, использование, свойства, атомный номер и факты

азот

Посмотреть все носители

Ключевые люди:

Джозеф Пристли

Похожие темы:

азотный цикл азотная кислота воздуха биогенный газ жидкий азот

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

азот (N) , неметаллический элемент группы 15 [Va] периодической таблицы. Это бесцветный газ без запаха и вкуса, который является самым распространенным элементом в атмосфере Земли и входит в состав всего живого.

908094 температура плавления0091

Свойства элемента

атомный номер	7
атомный вес	14,0067	−209.86 °C (−345. 8 °F)
boiling point	−195.8 °C (−320.4 °F)
density (1 atm, 0° C)	1.2506 grams/litre
usual oxidation states	−3, +3, +5
electron configuration	1 s 2 2 s 2 2 p 3

История

Примерно четыре пятых атмосферы Земли составляет азот, который был выделен и признан особым веществом во время первых исследований воздуха. Карл Вильгельм Шееле, шведский химик, в 1772 году показал, что воздух представляет собой смесь двух газов, один из которых он назвал «огненным воздухом», потому что он поддерживает горение, а другой — «грязным воздухом», потому что он остается после «горения». пожарный воздух» был израсходован. «Огненным воздухом» был, конечно же, кислород, а «грязным воздухом» — азот. Примерно в то же время азот был признан шотландским ботаником Дэниелом Резерфордом (который первым опубликовал свои открытия), британским химиком Генри Кавендишем и британским священником и ученым Джозефом Пристли, который вместе с Шееле считается открытием кислорода. Более поздняя работа показала, что новый газ является составной частью селитры, общего названия нитрата калия (KNO ₃ ), и, соответственно, азотом он был назван французским химиком Жаном-Антуаном-Клодом Шапталем в 1790 году. Азот впервые стал считать химическим элементом Антуан-Лоран Лавуазье, чье объяснение роли кислорода в горении в итоге ниспровергло теория флогистона — ошибочный взгляд на горение, ставший популярным в начале 18 в. Неспособность азота поддерживать жизнь (греч. zoe ) побудила Лавуазье назвать его azote , что по-прежнему является французским эквивалентом 9.0009 азот .

Возникновение и распространение

Среди элементов азот занимает шестое место по распространенности в космосе. Атмосфера Земли состоит из 75,51% по весу (или 78,09% по объему) азота; это основной источник азота для торговли и промышленности. В атмосфере также содержатся в различных небольших количествах аммиак и соли аммония, а также оксиды азота и азотная кислота (последние вещества образуются при грозах и в двигателе внутреннего сгорания). Свободный азот содержится во многих метеоритах; в газах вулканов, шахт и некоторых минеральных источников; на солнце; и в некоторых звездах и туманностях.

Азот также встречается в минеральных отложениях селитры или селитры (нитрат калия, KNO ₃ ) и чилийской селитры (нитрат натрия, NaNO ₃ ), но эти залежи существуют в количествах, совершенно недостаточных для нужд человека. Еще одним материалом, богатым азотом, является гуано, который можно найти в пещерах летучих мышей и в сухих местах, часто посещаемых птицами. В совокупности азот содержится в дожде и почве в виде аммиака и солей аммония, а также в морской воде в виде аммония (NH ₄ ⁺ ), нитритов (NO ₂ ⁻ ) и нитратов (NO ₃ ⁻ ) ионов. Азот составляет в среднем около 16 процентов по массе сложных органических соединений, известных как белки, присутствующих во всех живых организмах. Естественное содержание азота в земной коре составляет 0,3 части на 1000. Космическое содержание — расчетное общее содержание во Вселенной — составляет от трех до семи атомов на атом кремния, который принимается за стандарт.

Британская викторина

118 Названия и символы периодической таблицы Викторина

Элементарная викторина по фундаментальным вопросам.

Индия, Россия, США, Тринидад и Тобаго и Украина входили в пятерку крупнейших производителей азота (в форме аммиака) в начале 21 века.

Коммерческое производство и использование

Коммерческое производство азота в основном осуществляется путем фракционной перегонки сжиженного воздуха. Температура кипения азота составляет -195,8 ° C (-320,4 ° F), что примерно на 13 ° C (-23 ° F) ниже, чем у кислорода, который поэтому остается позади. Азот также можно производить в больших масштабах путем сжигания углерода или углеводородов в воздухе и отделения образующихся двуокиси углерода и воды от остаточного азота. В небольшом масштабе чистый азот получают путем нагревания азида бария Ba(N ₃ ) ₂ . Различные лабораторные реакции, которые дают азот, включают нагревание растворов нитрита аммония (NH ₄ NO ₂ ), окисление аммиака бромной водой и окисление аммиака горячим оксидом меди.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Элементарный азот можно использовать в качестве инертной атмосферы для реакций, требующих исключения кислорода и влаги. В жидком состоянии азот имеет важные криогенные применения; кроме газов водорода, метана, окиси углерода, фтора и кислорода, практически все химические вещества имеют пренебрежимо малое давление паров при температуре кипения азота и поэтому существуют в виде кристаллических твердых тел при этой температуре.

В химической промышленности азот используется для предотвращения окисления или другого ухудшения качества продукта, в качестве инертного разбавителя реактивного газа, в качестве носителя для отвода тепла или химикатов, а также в качестве ингибитора возгорания или взрыва.