Введение к работе
Актуальность. Изучение взаимодействия водорода с пленками окислов И;других неметаллов является новым этапом в исследованиях систем водород - твердое тело. Это направление представляет существенный интерес как l точки зрения практических приложений, так и с точки зрения изучения фундаментальній явлений и процессов. Практически интерес связан, прежде всего, строками возможностл-Mif использования окисных лленок в качестве защитных покрытий для уменьшения вредного влияния водорода на прочностные характеристики материалов, работаюмих в водородосодержащих средах, и применением окислов в изделиях микроэлектроники,- так или иначе контактирующих с этими средами. G научной точки зрения интерес обусловлен тем, что окислы являются объектами, характеризующимися неметаллическим типом связей. Мо:кно ожидать, что изменение типа связей будет сопровождаться кардинальным изменением механизма взаимодействия водорода с окислами по сравнении с металлами.
Общепризнано, что для разработки эффективных мер предупреждения водородонаевденкя металлов, а следовательно, и для улучшения их служебных свойств необходимо располагать надежной качественной и количественной информацией о температурно-концентрацион-ных зависимостях параметров взаимодействия водорода как с исходным металлом, так и защитны* покрытием. Если для многих металлов такие параметры известны, то для окислов они практически отсутствуют.:. Такая ситуация связана, в первую очередь, с недостаточнос-.тыэ методов, позволяющих вцдеяить из интегральных характеристик проницаемости информация, относяпуися к отдельной чести слоистой системы. Этим можно объяснить и наблюдаемую в літературних источниках противоречивость даигаж о механизме переноса водорода по слом окисла.
Все это свидетельствует об актуальности разработок нових методических подходов в неследовшсіях процессов переноса водорода сквозь систему ілетаял-окисея и экспериментальной аппаратуры, способной их реализовать.
В качест83 объектов исследования выбраны N1 и NiO ,, Никель использован в качестве тестового материала, для которого традиционными методами была определена параметры взаимодействия
с водородом, используемые затем при отработке новой методики.
МО является термически устойчивы* ои'-пом, достаточно хорошо изучены его структура и физико-химические свойства, отработаны воспроизводимые процедуры выращивания его пленок.
Цель работы
-
Теоретическая разработка модельных представлений о переносе подорода сквозь систему металл-окисел и методик, позволяющих определять в одном комплексе экспериментов по водородопроикцаемо-сти параметры отого процесса.
-
Конструирование и создание автоматизированной экспериментальной установки для исследования водородопроницаемости многослойных мембран, способной реализовать разработанные методики.
-
Экспериментальное исследование переноса водорода сквозь систему //і-А//0 с целью определения параметров переноса и установления его механизма.
Научная новизна
1. Разработана и применена в эксперименте с цель» вычисле
ния параметров адсорбции и проницаемости водорода в двухслойной
мембране модификация метода совместного определений коэффициента .
прилипания и ква .іравноьєсного потока, заключающаяся в .последова*-
тельном анализе экспериментальных изотерм проницаемости исходной
и окисленной мембран. .
-
Разработаны феноменологические модели переноса концентрационных волк' водорода сквозь систему металл-окисел.
-
Установлено, что диффузия водорода в окисле никеля осуществляется з виде нейтральной молекулы по кристаллической решетке.
-
Впервые измерены коэффициент диффузии водорода в окисле никеля и константа равновесия водорода «а граница /У/~/У/0 в интервале температур 640...820 К.
Практическая ценность. Показана перспективность использования метода концентрационных волн для определения параметров проникновения водорода сквозь систему металл-окисел. Методические разработки, сделанные в работе, ыогут быть рекомендованы для иссле-
г:
дования взаимодействия водорода с другими слоистыми системами. Полученные в диссертации результаты могут быть использовены для расчета защитных окисных покрытий конструкционных материалов, работающих в оодородосодераащих средах.
Основные зааищаем^е положения
-
Феноменологические модели переноса концентрационных волн водорода сквозь систему металя-окисзл.
-
Методика исследования проникновения водорода сквозь систему металл-окисел.
3» Результаты экспериментальных исследований переноса водорода сквозь системуN1-MQ,
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на' У1 Всесоюзном совещаний "Водородопроницаемые системы и проблемы селективного газоотбора" (Свердловск, 1937 г.); У Всесо-юзаой конференцію "Метода определения и исследования газов в металлах" (Москва, 1988 г.); Ш1 Всесоюзном совевэнии "Высокотемпературная водородопроницаемость и технологические процессы обработки металлических материалов* (Львов, 1988 г.){ ЛИ Всесоюзном совета- нии "Водородопроницаемость и использование водорода для повышения физико-механических свойств металлов и покрытий* (Свердловск, 1989 г.).
По материалам диссертации опубликовано 4 научные работы, сделано 5 докладов. ..
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 73 наименований, 5 приложений и содержит 79 страниц основного текста, 20 рисунков на 19 страницах и I таблицу.