Лопачак М. М. Термоініційовані процеси у аморфних сплавах системи Сo-ПМ-Si-B.

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0826U002599

Облікова картка дисертації

0826U002599.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 102 - Хімія

22-06-2026

Спеціалізована вчена рада

PhD 13723

Львівський національний університет імені Івана Франка

Анотація

Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню термоініційованих процесів нанокристалізації аморфних металевих сплавах (АМС) системи Co–ПМ–Si–B (ПМ = Fe, Cr) чотирьох складів: Co77Si11B12, Co72Fe5Si11B12, Co68Cr9Si11B12 та Co72Fe2,5Cr2,5Si11B12, одержаних методом надшвидкого гартування з рідкого стану. Вперше встановлено кореляційні залежності між структурним станом, елементним складом і функціональними властивостями аморфних і наноструктурованих матеріалів: термічною стійкістю аморфної матриці, кінетичними параметрами нанокристалізації, фазовим складом продуктів кристалізації, магнітною поведінкою, мікромеханічними характеристиками, корозійною тривкістю у кислому та лужному середовищах, а також електрокаталітичною активністю у реакції виділення водню. Методами ДСК, Х-променевого та термомагнітного аналізу досліджено кінетику нанокристалізації та структурно-фазові перетворення у широкому діапазоні температур. Встановлено, що Cr є ефективним стабілізатором аморфної структури та суттєво підвищує термічну стійкість матриці, тоді як введення Fe практично не змінює ступінь топологічного впорядкування. Показано, що механізми кристалізації принципово відрізняються залежно від легувального елемента: від двовимірного росту зерен у базовому сплаві до поверхневого механізму за наявних зародків у Cr-вмісному. Для кожного сплаву встановлено індивідуальну схему фазових перетворень із формуванням характерного набору кристалічних фаз. Методом ТЕМ охарактеризовано мікроструктуру сплавів після неізотермічного відпалу. Встановлено, що легування Cr забезпечує формування нанокомпозитного аморфно-кристалічного стану з рівномірно розподіленими ізольованими нанокристалами без ознак агломерації. ЕДРС-аналіз підтвердив вибіркову сегрегацію Cr на міжзеренних межах, що визначає його роль як інгібітора росту нанокристалів і забезпечує формування суцільного захисного оксидного шару при електрохімічному навантаженні. Магнітна поведінка сплавів визначається співвідношенням феромагнітних та немагнітних фаз: Fe підвищує температуру Кюрі через посилення обмінної взаємодії, тоді як Cr знижує її через демагнітуючий вплив. Електрохімічними дослідженнями встановлено, що Cr-вмісний сплав є найбільш корозійнотривкими в кислому та лужному середовищах завдяки утворенню електронно-ізоляційної плівки Cr2O3, тоді як нанокристалізація сплавів без Cr або з малим його вмістом прискорює корозійну деградацію через розвиток міжзернових гальванічних пар. Мікромеханічні дослідження виявили широкий діапазон твердості залежно від складу та структурного стану, а нанокристалізація базового сплаву забезпечує максимальне зміцнення за механізмом Холла-Петча. Аморфний Fe-вмісний сплав визначено як найефективніший безплатиновий електрокаталізатор для лужного електролізу завдяки оптимальній енергії адсорбції водню.

Читати повністю

Публікації

1. М. Лопачак, Л. Бойчишин. Фізико-хімічні властивості аморфних сплавів на основі кобальту. Огляд. Праці НТШ. Хімічні науки, 2023 73 26-37. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.026.

2. M. Lopachak, L. Boichyshyn, N. Pandiak, V. Nosenko. Chapter 30. Iron and Chromium Influence on Crystallization Kinetics of Cobalt-Based Amorphous Alloys. In: Fesenko, O., Yatsenko, L. (eds) Nanomaterials and Nanocomposites, Nanostructures, and Their Applications. NANO 2023. Springer Proceedings in Physics, 2024 253 443-452. https://doi.org/10.1007/978-3-031-67519-5_30. (Scopus і Web of Science, квартиль Q4)

3. M. M. Lopachak. Chapter 11. Physico-Chemical Properties and Application of the Amorphous Metallic Alloys of the Co-Si-B System. In: Boichyshyn L. M., Reshetnyak O.V. (eds) Nanoobjects & Nanostructuring. Volume II. Mississauga, Ontario: Nova Printing Inc., 2024 153-164. ISBN 978-1-7388295-1-4.

4. О. Герцик, М. Лопачак, М. Ковбуз, В. Слободний, В. Кордан, Н. Пандяк. Вплив термообробки на електрохімічні властивості кобальтових аморфних сплавів. Вісник Львівського університету. Серія хімічна, 2024 65 318-325. http://dx.doi.org/10.30970/vch.6501.318.

5. Л. Бойчишин, М. Лопачак, Б. Котур, О. Герцик, Т. Боднар. Дослідження межі поділу фаз аморфний електрод Co75,5Fe4,6Si6,0B16,7 / водний розчин NaCl методом електрохімічної імпедансної спектроскопії. Праці НТШ. Хімічні науки, 2024 75 7-16. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2024.75.007.

6. Т. Боднар, М. Лопачак, Л. Бойчишин. Вплив легування хромом на корозійну тривкість аморфних сплавів на основі кобальту в 0,1 М HCl. Праці НТШ. Хімічні науки, 2025 78 253-260. https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2025.78.253.

7. M. M. Lopachak, L. M. Boichyshyn. Influence of alloying elements on the electrochemical behaviour of cobalt Co–Si–B–Fe–Cr amorphous-nanocrystalline alloys in a 1 M KOH solution. Physicochemical Mechanics of Materials. 2025 61 (6) 27-32. https://doi.org/10.15407/pcmm2025.06.027.

8. M. M. Lopachak, L. M. Boichyshyn, V. K. Nosenko. Electrochemical Behavior of Cobalt-Based Nanostructured Amorphous Alloys in Alkaline Solution. 2023 IEEE 13th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 10-15 September 2023, Bratislava, 2023, P. EN02-1-EN02-4. DOI: 10.1109/NAP59739.2023.10310931.

9. Н. Гавриляк, М. М. Лопачак, Л. М. Бойчишин. Електрохімічна кінетика окиснення поверхні аморфних металевих сплавів на основі кобальту. XIV Всеукраїнська конференція молодих вчених, студентів та аспірантів з актуальних питань хімії, 10-12 жовтня 2023 р, Харків, 2023, С. 61.

10. М. М. Лопачак, Л. М. Бойчишин Л. М. Електрохімічна поведінка аморфних металевих сплавів на основі кобальту в розчині NaCl. Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка, секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, 1-7 лютого 2023 р., Львів, 2023, С. 27-29.

11. М. М. Лопачак, Л. М. Бойчишин. Вольтамперометричне дослідження аморфних металевих сплавів. VІІ Всеукраїнська Наукова Конференція «Актуальні Задачі Хімії: Дослідження Та Перспективи», 19 квітня 2023 р., Житомир, 2023, С. 126.

12. М. М. Лопачак, Л. М. Бойчишин, Н. Гавриляк. Корозійна тривкість аморфного металевого сплаву на основі кобальту у водних розчинах. ХV Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів "Хімічні Каразінські читання - 2023", 24–26 квітня 2023 р., Харків, 2023, С. 195-196.

13. M. M. Lopachak, L. M. Boichyshyn, O. V. Reshetnyak. Electrochemical Impedance Spectroscopy Study of Thin Films with Insulating and Anticorrosion Properties on Cobalt-Based Amorphous Alloys. International Freik Conference on Physics and Technology of Thin Films and Nanosystems ICPTTFN-XIX, 9-14 October 2023, Ivano-Frankivsk, 2023, P. 90.

14. M. M. Lopachak, L. M. Boichyshyn, M. Karolus, N. L. Pandiak, V. K. Nosenko. Iron and Chromium influence on crystallization kinetics of Cobalt-based amorphous alloys. The International research and practice conference “Nanotechnology and nanomaterials”, 16 - 19 August 2023, Bukovel, 2023, P. 429.

15. Н.- М.Гавриляк, М. М. Лопачак, Т. Боднар, Л.М Бойчишин. Вплив швидкості поляризації АМС-електродів на їх корозійну тривкість у лужних розчинах. Дев’ятий науковий семінар студентів, аспірантів і молодих учених «Прикладні аспекти електрохімічного аналізу», 2-4 жовтня 2024 р., Львів, 2024, С. 9.

16. М. М. Лопачак, Л. М. Бойчишин. Вплив легування та термічної обробки аморфних металевих сплавів системи Co-Si-B на їх корозійну тривкість. Звітна наукова конференція Львівського національного університету імені Івана Франка, секція хімічних наук, підсекція фізичної та колоїдної хімії, 1-7 лютого 2024 р., Львів, 2024, С. 21-23.

17. M. Lopachak, B. Kotur, L. Boichyshyn Physico-chemical properties and application of the amorphous metallic alloys of the Co-Si-B system. IIIrd International Research and Practice Conference «Nanoobjects & Nanostructuring», 7-10 October 2024, Lviv, 2024, P. 26.

18. M. Lopachak, N. Havrylyak, O. Hertsyk, L. Boichyshyn. Hydrogen evolution using amorphous metal alloy electrodes in renewable and unconventional energy sources. VІІІ Міжнародний конгрес “Cталий розвиток: захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування.”, 16-18 жовтня 2024 р., Львів, 2024, С. 117. https://doi.org/10.56287/8285-40-1

19. T. M. Bodnar, M. M. Lopachak, V.K. Nosenko, D.H. Dmytriv, L.M. Boichyshyn. Cobalt alloys with amorphous-nanocrystalline structure: corrosion behavior in alkaline solutions. XX International Freik Conference Physics and Technology of Thin Films and Nanosystems, 6-10 October 2025, Ivano-Frankivsk, 2025, P. 228-229.

20. M. Lopachak, T. Bodnar, B. Kotur, Yu. Kulyk, L. Boichyshyn. Structure and corrosion resistance of amorphous alloy Co68Cr9Si11B12. First Ukrainian-Polish Interdisciplinary Seminar. 10 June 2025, Lviv - Katowice, 2025, P. 16.

21. L.M. Boichyshyn, O.M. Hertsyk, V.A. Slobodnyj, M.M. Lopachak. The effect of nanostructuring on the properties of cobalt amorphous alloys. The International research and practice conference “Nanotechnology and nanomaterials”, 20-23 August 2025, Bukovel, 2025, P. 406.

22. Патент України на корисну модель № 156947. МПК C01B 3/50 C01B 3/54 C25B 11/04. Спосіб виділення водню з лужного розчину / О. М. Герцик, Л. М. Бойчишин, М. М. Лопачак, В. К. Носенко, Л. Я. Кіт – № u202401406 – заявл. 8.03.2024; опубл. 21.08.2024, Бюл. № 34/2024. Заявник і власник – Львівський національний університет імені Івана Франка.

23. Патент України на корисну модель № 158910. МПК C01B 3/50 C01B 3/54. Спосіб виділення водню / О. М. Герцик, Л. М. Бойчишин, М. М. Лопачак, Н.-М. Гавриляк, Л. Я. Кіт – № u202404732 – заявл. 02.10.2024; опубл. 02.04.2025 , Бюл. № 14/2025. Заявник і власник – Львівський національний університет імені Івана Франка.

Читати повністю

Схожі дисертації

0826U001960

Сікач Аліна Вячеславівна

Розробка ранових покриттів на основі природних полісахаридів та їх комплексів

0826U001804

Коржан Людмила Петрівна

Смарт-кольорометрія для визначення гідрофобних сполук іонної природи та білків в організованих середовищах на основі поверхнево-активних речовин

0826U001625

Тимошенко Кирило Ігорович

Фотокаталітичні та мультикомпонентні методи одержання функціоналізованих похідних фероцену та амінопохідних ТГФ

0826U001549

Костюк Ростислав Романович

Термодинамічні властивості 2-метил-1,5-диарил-1Н-пірол-3-карбонових кислот та їх розчинів в органічних розчинниках

0826U001469

Цимбалюк Кирило Костянтинович

Гібридні органо-неорганічні ансамблі на основі комплексів р-, d-металів з полідентатними каркасоутворюючими лігандами: синтез, будова, властивості