- Выполнено экспериментальное исследование равновесных потенциалов скандия в хлоридных расплавах. Получены температурные зависимости условных стандартных потенциалов скандия (Sc3+) в эвтектическом расплаве хлоридов лития и калия, а также в расплаве эквимольной смеси хлоридов натрия и калия. Показано, что в равновесии с металлическим скандием и его сплавами с легкоплавкими металлами находятся практически только ионы трехвалентного скандия.
- Создана оригинальная теоретическая модель для расчета эффективных зарядов ионов солевого фона, а также эффективных зарядов ионов в галогенидах трехвалентных РЗМ и актиноидов. Она позволяет объяснить закономерности изменения энергетики взаимодействия хлоридов RCl3 и солевого фона, образованного галогенидами щелочных металлов. Термодинамические свойства ионов скандия при заданной температуре могут быть приближенно рассчитаны после вычисления степени ионности связи для системы, образующей солевой фон.
- Определены термодинамические свойства скандия в его твердых сплавах с алюминием методом электродвижущих сил (ЭДС) в его динамическом варианте (хронопотенциометрия) в интервале 680-870 К. Далее, на основе полученных данных, с использованием методологии ИРПВ (идеального раствора продуктов взаимодействия) было проведено термодинамическое моделирование бинарной системы алюминий-скандий в температурном интервале 1600-2200 К. Найдены все избыточные термодинамические функции (в том числе теплоты смешения) для жидких растворов алюминий-скандий во всей области составов диаграммы состояния.
- На основе полученных в работе фундаментальных данных о термодинамических свойствах сплавов Al-Sc, получены результаты термодинамического моделирования взаимодействия компонентов в технологически важных системах, содержащих алюминий и галогениды скандия (Al-ScF3, Al-ScCl3). Найден ряд важных зависимостей параметров реакций восстановления скандия алюминием в зависимости от температуры и давления.
- В результате комплекса микроструктурных исследований кристаллизации сплавов Al-Sc(Ti) в специальных условиях обнаружено образование крупных сферических частиц интерметаллидов Al-Sc, содержащих примесь титана, при затвердевании в жидкой фазе. Указанные сфероиды имеют достаточно большой линейный размер (10-20 мкм), что позволило провести изучение их внутренней структуры обычными методами сканирующей электронной микроскопии в сочетании с рентгеноспектральным микроанализом (РСМА).
- С использованием динамического варианта метода ЭДС (хронопотенциометрия) было проведено экспериментальное исследование термохимических свойств твердых сплавов медь-скандий в широком интервале температур (650-1040 К) и составов. Эксперименты по прямому взаимодействию твердого скандия с ванной из жидкой меди позволили получить в одном макроскопическом образце последовательность двухфазных областей фазовой диаграммы, подтвержденную сканирующей электронной микроскопией и РСМА. На основе метода ИРПВ было проведено термодинамическое моделирование бинарной системы медь-скандий в температурном интервале 1600-2200 К. Определены избыточные термодинамические функции (в том числе энергии Гиббса и энтальпии смешения) для жидких растворов медь-скандий во всей области составов диаграммы состояния.
- Методом ЭДС (в динамическом варианте) найдены энергии Гиббса образования жидких двухфазных сплавов свинец-скандий в температурном интервале 650-1040 К. Результаты экспериментального исследования термохимических свойств бинарной системы свинец-скандий хорошо согласуются с данными, полученными в рамках «классического» метода ЭДС.
- Созданы полуэмпирические модели, описывающие концентрационные зависимости энтальпий образования сплавов Me-R, где Me - металл из группы Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi; R - редкоземельный металл. На основе этих результатов была разработана оригинальная «неэмпирическая» модель для расчета теплот смешения указанных сплавов во всей области составов фазовых диаграмм. Данная модель не использует напрямую опытные данные и позволяет найти энтальпии смешения с точностью, близкой к точности экспериментальных результатов (с учетом разброса измерений различных научных групп).
1.Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Распопин С.П. Оценка теплот образования сплавов редкоземельных и актиноидных элементов // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1986, № 4. С.73-76.
2.Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Распопин С.П. Расчет энтальпий образования сплавов редкоземельных металлов. 1. Общие принципы подхода // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1987, № 3. С. 59-62.
3.Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Распопин С.П. Расчет энтальпий образования сплавов редкоземельных металлов. 2. Определение модельных параметров // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1987, № 4. С.109-111.
4.Шубин А.Б. О расчете ионности связи в кристаллах по термохимическим данным // Журнал структурной химии, 1990, т.31, № 2. С. 34-39.
5.Шубин А.Б. Аналитическое выражение для описания энтальпий смешения жидких металлических сплавов // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1990, № 2. С.33-37.
6. Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Распопин С.П., Бретцер-Портнов И.В. Равновесные потенциалы скандия в эвтектическом расплаве хлоридов калия и лития // Расплавы, 1991, № 6. С. 102-104.
7. Ямщиков Л.Ф., Шубин А.Б., Распопин С.П., Смирнов А.Г. Термодинамические свойства интерметаллидов в системе Sc-Cu // Известия АН СССР. Металлы, 1992, № 3. С. 204-206.
8.Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Яценко С.П., Зобнин С.С., Яковлев О.Б. Термодинамические свойства интерметаллидов в системе Sc-Al // Металлы, 1999, № 6. С.121-122.
9.Шубин А.Б., Ямщиков Л.Ф., Яценко С.П. Равновесные потенциалы скандия в эквимольном расплаве хлоридов натрия и калия // Расплавы, 2000, № 5. С.67-69.
10. Шубин А.Б., Шуняев К.Ю., Куликова Т.В. К вопросу о термодинамических свойствах жидких сплавов алюминия со скандием // Металлы, 2008, № 5. С. 9-14.
11. Шубин А.Б., Шуняев К.Ю. Система медь-скандий: термодинамические свойства интерметаллидов и жидких сплавов // Расплавы, 2009, № 6. С. 11-18.
12. Шубин А.Б., Шуняев К.Ю. Энтальпии смешения редкоземельных металлов с алюминием: модельные расчеты // Расплавы, 2010, № 1. С.44-50.
13. Куликова Т.В., Шубин А.Б., Быков В.А., Шуняев К.Ю. Термодинамические исследования состава газовой фазы над расплавами системы алюминий-скандий // Известия РАН. Серия физическая, 2010, т.74, № 8. С. 1212-1213.
14.Шубин А.Б., Попова Э.А., Шуняев К.Ю., Пастухов Э.А. Сферические частицы интерметаллидов большого радиуса со структурой ядро-оболочка в сплавах алюминия со скандием // Расплавы, 2010, № 4. С. 11-17.
15.Шубин А.Б., Шуняев К.Ю. Термодинамические расчеты взаимодействия галогенидов скандия с алюминием // Журнал физ. химии, 2010, т.84, № 12. С. 2205-2210.
16.Попова Э.А., Шубин А.Б., Котенков П.В., Бодрова Л.Е., Долматов А.В., Пастухов Э.А., Ватолин Н.А. Лигатура Al-Sc-Zr и оценка ее модифицирующей способности //Расплавы, 2011, № 1. С.11-15.
17.Shubin A.B., Shunyaev K.Yu. Thermodynamic properties of liquid Sc-Al alloys: model calculations and experimental data // J. of Physics: Conference Series, 2008, V.98. P.032017.
18.Shubin A.B, Shunyaev K.Yu, Yamshchikov L.F Thermodynamic Properties of Intermetallic Compounds in Al-Sc, Cu-Sc and Pb-Sc Systems // Archives of Metallurgy and Materials, 2008, V.53, Issue 4. P.1119-1125.
19.Shubin A.B., Shunyaev K.Yu., Yamshchikov L.F. Thin Scandium Layer on Solid Aluminium: Thermodynamic Investigation // Defect and Diffusion Forum, 2011, Vols.312-315. P.211-216.
Статьи в книгах и сборниках:
1. Зобнин С.С., Шубин А.Б., Петреев Д.А., Яценко С.П. Термодинамическое обеспечение и создание новых технологий получения и переработки алюминиевых сплавов, содержащих РЗМ // В сб.: Химия твердого тела. Структура, свойства и применение новых неорганических материалов. II. Екатеринбург. УрО РАН. 1998. С.100-106.
2.Шубин А.Б., Зобнин С.С., Ардашев М.А., Яценко С.П. Бестоковое получение алюминий-скандиевой лигатуры // IV Региональная научно-практическая конференция «Алюминий Урала-99». Краснотурьинск, 1999. С. 76-77.
3.Шубин А.Б., Шуняев К.Ю., Куликова Т.В. Расчет термодинамических свойств жидких сплавов скандия с алюминием // Труды II Международного семинара «Теплофизические свойства веществ (жидкие металлы и сплавы, наносистемы)». – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2006. С. 17-20.
4. Шубин А.Б., Шуняев К.Ю. Расчет концентрационной зависимости энтальпий смешения бинарных металлических сплавов // Труды XII Российской Конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Екатеринбург, 2008. С. 315-318.
5. Shubin A.B., Shunyaev K.Yu. Heats of Formation of Rare-Earth Metals Alloys: Semi-Empirical Calculations and Experimental Data // Fifth International Conference on Mathematical Modelling and Computer Simulation of Material Technologies MMT-2008. Ariel, Israel, 2008. Vol.1. P.1_172-1_177.
6.Шубин А.Б., Попова Э.А., Бодрова Л.Е., Долматов А.В., Шуняев К.Ю., Пастухов Э.А. Исследование структурных свойств двухфазного сплава алюминий-скандий // В сб. трудов ЦКП «Рациональное природопользование и передовые технологии материалов». Екатеринбург, УрО РАН, 2009. С.46-48.
7.Shubin A.B., Shunyaev K.Yu. Aluminium-Rare Earth Metal Alloys: Hybrid Model of Enthalpies of Mixing // Proceedings of the Sixth International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Material Technologies: MMT 2010. Ariel, Israel, 2010. P.1-321-1-328.
8.Pastukhov E.A., Popova E.A., Shubin A.B., Kotenkov P.V. Structural Peculiarities of Al-Ti-Zr Modifying Ligatures // Proceedings of the 10th Israeli-Russian Bi-National Workshop 2011 “The optimization of composition, structure and properties of metals, oxides, composites, nano and amorphous materials”. Israel, Jerusalem, 2011. P.149-155.
9.Шубин А.Б., Попова Э.А.., Шуняев К.Ю., Пастухов Э.А. Формы роста интерметаллических соединений при медленном затвердевании расплавов Al-Sc, содержащих добавку титана // Труды 13 Российской Конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Екатеринбург, 2011, Т.2. С.74-77.
Патенты
1. Пат. 2124574 РФ, МПК6 С22С1/03. Способ получения лигатуры скандий-алюминий (его варианты) / Шубин А.Б., Зобнин С.С., Яценко С.П. - Опубл. 10.01.99.