Введение к работе
Акт2альнооть_твмилИсол9довани9 фазовых превращений, детализа-дія их закономерностей, совершенствование классификации феоовых превращений , выявление, таким образом, их наиболее общих, фундаментальных свойств составляет вакяуи іадачу физики твердого тала, жзталлофизшш, теоретического и практического металловедения.
В этом плане особый интерес представляют системы металл-водород и соответственно фазовые (гидриднне)- превращения. Системы кеталл-водород не раз обсуждались в литературе. Их особенности в основном связаны .с необычайно сильным различием диффузионной под-вияности атомов в водородной и металлической подсистемах (на 20-30 порядков), а такке с томи возмущениями, которые вносит внедренный атом водорода в металлическую матрицу.
Дакэ при малых концентрациях водорода, его расгвор в металле не является идеальным, поскольку как показывают данные о диффузионном рассеянии нейтронов, водород вызывает заметные упругие искажения матрицы. Эти искажения вызывают дальнодействупцее взаимодействие атомов водорода в кристаллической решетке,что определяет многие специфические свойства систем металл-водород.
Открытая (по водороду) система палладий-водород является весьма удобным объектом для исследования закономерностей гидридвых превращений, что связано с простотой полупения сплавов палладия с водородом , а такке с достаточной изученностью диаграммы состояния и особенностей взаимодействия палладия с водородом.Из всех гидриде— образующих металлов именно палладий, как. благородный металл, при условии использования особочистого водорода, позволяет провести чистый.эксперимент по изучению кинетики гадридннх превращений, т.к. в этом случае поверхностные эффекты не будут лимитировать процесс
сорбции водорода. С другой стороны, сплавы палладия находят все более широкое практическое применение в качестве мембранного материала для диффузионных фильтров водорода и его изотопов (получение сверхчистого водорода из водородосодержащих смесей).
В последнее время интерес к гидридным превращениям связан такие с широкомасштабным развитием работ по изучению холодного ядерно-
i го синтеза, который, как считают многие исследователи, возможеі
скорее всего при интенсивном развитии именно гидридных превра^ний.
Все ато определяет научную и практическую актуальность настоящей работы, которая бшш выполнена в рамках межвузовской програымь работ министерства просвещения Украины "Исследование релаксационнш процессов при сильно неравновесных условиях в системах твердое тбло-изотош водорода", в соответствии с основными направлениям! научной деятельности научно-исследовательской лаборатории взаимодействия водорода с металлами и водородных технологий кафедры физики донецкого политехнического института (Госбюджетная тема "Экспериментальные и теоретические исследования структурно-динамическш процессов в системах палладий-дейтерий, титан-дейтерий, интерметал-ляды-дейтврий?, N Г/гр.01910028268). ''..'. Цель работы. Ї.Отработать методику оптической микроскопии длі - изучения развития морфологии гидридных превращений в термодинамически открытой системе палладий-водород. Разработать и изготовит] установку для реализации этой методики.
2.Выявить основные закономерности кинетики изотермических гидридных превращений в системе палладий-водород и установить, кш влияют внешние параметры (температура,давление) на кинетику гидрвд-ного а»р превращения в термодинамически открытой системе палладий-водород.
3.Выявить основные, закономерности эволюции морфологии гидрид-
ной р-фазы в процессе развития гидридаого превращения в термодинамически открытой системе палладий-водород и установить как на них влияет изменение внешних параметров (температуры, давления газообразного водорода).
иї23я_2овизна.В настоящей работе рассмотрены гидридные превращения в палладии с точки зрения классического металловедения о учетом специфики открытых систем металл-водород.Такой подход, в отличив от часто применяемого, когда процвссн сорбции водорода металлом рассматривают как некое "гидрирование", позволяет полнее рассмотреть гидридные превращения в системе палладий-водород и непротиворечиво объяснить наблюдаемые явления в этой системе.
Впервые экспериментально' получены диаграммы изотермического а>р гидридаого превращения для открытой системы Pd-H. Показано, что для различных давлений водорода диаграммы имеют классическую С-образную форму, подобную таковым для фазовых превращений в сталях и сплавах,являющихся закрытыми системами. Кинетика превращения хорошо описывается феноменологической теорией Аврами.
В термодинамически открытой системе PdH^-газообраЗный водород гидридные превращения в изотермических условиях осуществляются по механизму зароздения и роста и. требует некоторого переохлаздения ниже критической точки равновесной диаграммы состояния для данного давления водорода. Увеличение количества гидридной р-фазы происходит в основном засчет диффузионно лимитируемого роста зародышей, образовавшихся в начальные моменты превращения.
Изучена эволюция морфологии гидридной р-фазы в процессе развития гидриднога превращения. Показано, что с ростом температуры и давления водорода происходит существенное изменение морфологических особенностей, обусловленное сближением параметров ПЩ решетки а и р-фзз и продлением когерентной стадии роста.
Экспериментально показано, что при повышении температуры и давления время о*р гидридного изотермического превращения в приповерхностных слоях сплава PdH уменьшается от нескольких часов (при Р=0,1 ЫПа и Т=124С) до нескольких секунд (при Р=1,Э ЫПа и Г=280С). При этом уменьшается дефектность вносимая самим превращением- в исходную матрицу.
_.Пактическая__і5енность^ й использование Е&зультатов.^аботы,.
Отработана методика оптической микроскопии, позволяющая в системе палладий-водород изучать н1л situ" развитие гидридного превращения и его морфологические особенности. Эта методика является основой для изучения развития морфологии гидридах превращений в других открытых системах металл-водород (PcL-Me-H.Ti-H.Nb-H и др.).
Результаты исследований кинетики и морфологии гидридного превращения являются научной основой для эксплуатации палладия и его сплавов в среде водорода, а также водородной обработки для металлических и интерметаллических материалов с целью получения заданных структуры и физико-механических свойств.
Как отмечалось выше, результаты исследования кинетики и морфологии гидридных превращений в системе палладий-водород явяются весьма важными при гзучении явления холодного ядерного синтева (ХЯС).Результаты настоящей диссертационной работы переданы в Луганский машиностроительный институт и используются при изучении ХНС в рамках программы работ министерства образования Украины "Исследование релаксационных процессов при сильно неравновесных условиях в системах твердое тело-изотопы водорода". Кроме того, результаты работы переданы Екатеринбургскому заводу ОЩ, где используются в практике работы ІЩ.
Положещя_юшдсшые_на_защитх
-впервые экспериментльно полученные диаграммы изотермических гидридаых превращений для открытой системы Pd-H, которые имеют классическую С-образную форму;
-в открытой системе Pd-H изотермические гидридные превращения протекают по механизму зароадения и роста и требуют некоторого пе-рвохлакдения нкеє критической точки на фазовой диаграмме;
-особенности эволюции морфологии гидридной р-фазы в процессе изотермических гидридаых превращений при различных температурах и давлениях водорода ; .
-аномальная особенность гидридного превращения в системе Pd-H, состоящая в сильном росте скорости превращения в приповерхностных слоях (на 4 порядка величины) при росте температуры и давлення от Р=0,1 МПаи Т=124С до Р=1,9 МПа и Т=-280С.
Апробация работы. Основные результаты работа были -доложены, обсуждены и получили полозителънуа оценку на пятой Всесоюзной конференции "Методы определения и исследования газов в металлах" (Москва, 1988 г.), Всесоюзной школе по проблемам водородной энергетики и технологии "Высокочистый водород-процессы получения и использования" (Свердловск, 1989 г.), Всесоюзной школе-семинаре "Диаграммы состояния в материаловедении" (Одесса, 1990 г.). рабочем семинаре "Реакции ядерного синтеза в конденсированых средах и Всесоюзной конференции "Холодный ядерный синтез" (ДубнагМосква, 1991 г.), постоянном семинаре "Пластическая деформация сплавов и порошковых материалов" (Барнаул, 1988 г., Калуга, 1990 г.). Всесоюзном семинаре "Химия и технология водорода" (Заречный,1991 г.), научно-техническом семинаре "Техноэкология-91" (Донецк, 1991 г.). Всесоюзном совещании "Водородная обработка металлических материалов" (Донецк, 1988 г.), первом международном семинаре Диффузионно-кооперативные явления в системах металл-изотопы водорода"Метэлл-
водород-92" (Донецк, І992 г.), 1-м международном семинаре "Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах" (Барнаул, 1992 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано II печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа общим объемом страниц машинописного текста состоит из 4 глав, включающих в себя 28 рисунков, I таблицу и библиографического списка основной использованной литературы,содержащего 101 источник и приложение.
