Введение к работе
Актуальность работы. Интерес к взаимодействию водорода продиктован в значительное мере развитием новых отраслей науки и техники- атомно-водородиоР энергетики, управляемого термоядерного синтеза, мембранной и вакуумной технологии, и др. Развитие этих отраслей сопровождается возникновением практических задач, связанных с наводораживанием конструкционных элементов, охрупчивания, разработкой экологически чистих технологий при использовании водородного топлива. Дальнейшее развитие энергетики также предполагает использование технология с системами металл-водород.
Проникновению, захвату л реэмиссии имплантируемого водорода, его десорбции, исследования воздействия ионного облучения на структуру поверхности посвящено к настоящему времени большое количество работ. Существует работы, где рассматривается данные проблемы в условиях плазма тлеющего разряда, хотя большинство исследовании выполнено с использованием ионных потоков средних и высоких энергиг (Е>4 кэВ). Использование плазми тлеющего разряда в качестве источника заряженных частиц позволяет моделировать многие явления, наблюдаемы" в газоразрядных устройствах. Креме того, в реальных условиях работы плазменных устройств о некоторых случаях поверхность конструкционных материалов будет подвергаться одновременному воздействию потока иоь-jB различного ти:;а с широким энергетическим спектром. Исследование процессов, происходящих при обяучинии поверхности плазмо? сложного состава и выяснение закономерностог зтого воздегствия, обуславливает научный интерес и является практически важной л актуальной задачей.
Цель работы заключалась в комплексном исследовании взаимидеСствия диухкомпоньнтноП водородосодерхаадей плазмы тл^ощого разряда при разности потенциалов V> 250-450 b и плотностях ионного потока на поверхность <^«(2-4t'l0 ион см"йс" с примесью химически активного 0 (Рт/Рн9в С -I. О"» с чарцавеющей сталью марки 12ХІЗ;
-і-
- исследовании процессов десорбции водорода из модифи
цированных ионной имплантацией водорода и кислорода образ
цов нержавеющих: сталей при энергиях Ь= 10 и 20 кзВ и долах
D= 7-Ю16 и 3-Ю17 ион/см2. .
С зтой цель» решались следующие задачи:
изучение водородолроницаемости мембран ( в частности, из нержавеющей сталю при термической, активации и в условиях плазмы тлеющего разряда в .зависимости от параметров мембраны и разряда ( толщина, температура мембраны, тока и напряжения разряда, и др.) и на основании экспериментальных результатов определение лимитирующей стадии процесса проникновения, оценка эмиссионного потока водорода и констнты скорости реэмиссии, исходя из уравнения баланса потоков;
исследование проницаемости водорода через мембраны из нержавеющей стали в кислород-водородной плазме тлеющего разряда в .зависимости от парциального состава плазмы
( Pq /Pjj т 0-1.0; Pji ? о ы5ар=ссп*М и предварительного облучен^, ионами кислорода;
изучение процессов проникновения газа через металлические мембраны при его внедрении в условиях плазмы низковольтного тлсющого разряда (Е<1 каВ>;
определение константы скорости реэмиссии водорода с поверхности нержавеющей стали в условиях водородной и водород-кислородной плазмы в зависимости от парциального содержания кислорода;
проведение термодесорбционного анализа нержавеющих сталей, модифицированных ионной имплантацией водорода, кислорода и последовательной бомбардировкой ионами водорода и кислорода и исследование процессов десорбции водорода из нержавеющей стали с учетом температурных положений стадий газовыделения;
определение энергии активации десорбции водорода и кислорода из нержавеющих сталей.
Научная новизна выражена в том, что:
!
исследовано влияние примеси химически активного кислорода на проникновение, резмиссию и структурные изменения поверхности при облучении низкоянергетичными ионами, на взаимодействие двухномлонентной водород-кислородной плазмы тлеющего разряда с нержавеющей сталью;
определен характер изменения константи скорости ре-эмиссии водорода с поверхности нержавеющей стали в условиях водород-кислородной плазмы тлевшего разряда;
исследована термлдесорбция водорода из юдіфіцироваи-ных ионной имплантацией водорода и кислорода нержавеющих сталей, получены энергии активации десорбции водорода, свидетельствующие о химическом взаимодействии атомов ьодорода и углерода, растворенного в матрице нержавеющей стали.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
оптимизации параметров модификации для процесса водо-родопроницаемости при воздействии двухкомпонентной водород--кислородно? плазмы в зависимости от компонентного состава плазмы и дозы предварительного облучения нонеми кислорода;
получении нового способа практической защиты нержавеющей стали 1Г;13 от процесса иаводораживанил, защищенного авторским свидетельством.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- 8 Всесоюзной конференции " взаимодействие атомных час-
,тиц с твердым телом ", Москва, 1937;
7 Всесоюзной конференции " Физика низкотемпературной плазмы ", Таикент, 1987;
3 Европейской Вакуумной конференции, Бена, Австрия, І99І;
семинаре в лаборатории проф. Рандуаича (Технический. Университет, г.Грац, Австрия^, І99І;
семинаре в институте физики { Австрийский Научний Центр, Зайберсдорф}, І99І.
Основные положения, представляемые к защите:
- результаты исследований по водородопроницаемости нер
жавеющей стали І2ХІЗ в условиях водород- кислородной плаз
мы тлеющего разряда;
-:,-
~ v условиях кислород-водородной плазмы 'тлеющего разряда в зависимости от 'парциального состава плазмы (PQ /F^ > константа скорости резмиесии водорода с поверхности нержавеющей стали І?ХІЗ изменяется в нисколько рая;
козкй способ защиты нержавеющей стали І2ХІЗ, заключающиеся и облучении поверхности нержавеющей стали 12X13 в ниэ-ісоюльтноЯ водородной плазме с одновременной подачей кислорода з плазму, вследствие чего при непосредственном воздейстрчи водород-кислородно" плазмы на понерхности образуется нестихи-оыетрический оксид-железа РваО^, служащий эффективным барьерным слоем от наводоракивания;
последовательная ионная имплантация водорода и кислорода образцов нержавеющих сталей приводит к'увеличению стадий десорбции водорода со сложным коикурентнообразным механизмом.
ОоЧє.м и структура работы. Диссертация состоит и? введения, четырех глав и -заключения, содержит 32 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 95 наименований и изложена на 131 страницах.
