Введение к работе
Актуальность темы. За последние два-три десятилетия вырос интерес к проблеме взаимодействия водорода с металлами. Это обусловлено многообразным использованием, как водородных соединений, так и водорода в качестве основного компонента рабочих сред многих устройств и агрегатов. Даже в ничтожно малых количествах водород вызывает заметное изменение физико-химических и механических свойств металлов и сплавов.
Однако, несмотря на многочисленные исследования, пока очень сложно предсказать поведение многих металлов и сплавов при их эксплуатации в условиях многочисленных теплосмен и в присутствии водорода.
В последние годы проведена большая работа по изучению теории и механизма взаимодействия водорода с полиморфными металлами и сплавами при высоких температурах и при переходах через критические точки. В результате обнаружено явление образования водородонасыщенных метастабильных зон - Н-слоеа (открытие №313,1980, СССР). Внешне оно проявляется в виде аномальной спонтанной деформации (АСД) образцов при термоциклировании их в атмосфере водорода вокруг точки полиморфизма. Эти исследования,в основном, проводились на массивных поликристаллических образцах железа и его сплавов.
Учитывая диффузионный характер явления АСД, очень большой интерес представляло исследование данного эффекта на образцах, имеющих небольшие геометрические размеры хотя бы в одном направлении (частицы порошка, тонкие листы, проволока).
Эти обстоятельства, главным образом, и обусловливают актуальность иследований, связанных с изучением влияния ТЦО в атмосфере водорода на структурообразование в железе и некоторых гидридообразующих сплавах, имеющих малые геометрические размеры.
Цель работы состояла в установлении закономерностей АСД металла в виде образцов, имеющих малые геометрические размеры (фольга, порошок). На базе полученных научных данных планировалось создать основы технологий рафинирования сплава гафний-железо (25-30%) и диспергирования сплава типа РЗМ-Fe-B, а также усовершенствовать технологическую схему термообработки низкоуглеродистого стального листа и порошкового железа.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
ТЦО в атмосфере водорода оказывает заметное влияние на микрорельеф фольги железа. На поверхности фольги железа в пределах одного зерна образуются области волнистого рельефа в виде эквидистантных полос.
-
Причиной возникновения волнистого рельефа является периодичность повышения концентрации водорода в-движущихся Н-слоях. Это подтверждается тем, что расстояние между гребнями волн рельефа соответствует толщине Н-слоя в данных условиях.
-
ТЦО автолистовой стали 08Ю вокруг точки А-\ ускоряет рекристаллизацию в 2-3 раза и позволяет проводить отжиг при более низких температурах.
-
Образцы из порошков со сферической формой частиц почти не изменяются в объеме при ТЦО в водороде. Их пористость повышается не более чем на 5%.Образцы с несферической формой частиц претерпевают существенные изменения. Они распухают, растрескиваются , их пористость возрастает до 70% ,
-
Применение ТЦО в водороде сплава типа РЗМ-Re-B, а также образцов из отхо-, изделий постоянных магнитов на его основе делает возможным легкое получение тонкодисперсного порошка из частиц крупностью не более 5 мкм.
-
Методом гидрирования-дегидрирования при ТЦО в водороде можно рафинировать сплав гафний-железо(25-30%) до содержания железа не более 2-3%.
Результаты:
1. Экспериментально определены закономерности АСД микрообъемов железа на
примере листовых (железной фольги,автолиста ) и порошковых материалов.
Показано.что вследствие движения Н-слоев и наличия градиента температур на поверхности фольги образуется волнистый рельеф в виде эквидистантных полос. Деформирование частиц в порошковых материалах при движении Н-слоев зависит от формы частиц и тем выше, чем больше их форма отличается от сферической.
-
ТЦО вокруг точки А) позволяет ускорить в 2-3 раза рекристаллизационные процесы и проводить отжиг при более низких температурах, по сравнению с традиционными.
-
Определены основные параметры технологической схемы получения порошков сплавов редких и редкоземельных металлов методом гидрирования-дегидрирования с применением ТЦО в водороде, в частности при рафинировании интерметаллидного сила-гафний-железо и диспергировании сплава типа Nd-Fe-B. Показано, что методом гидрирования-дегидрирования с применением ТЦО можно очистить сплав гафний-железо(25 30%) до содержания последнего не более 2-3%, а также получить мелкодисперсный порошок (крупностью 5 мкм ) из сплава типа Nd-Fe-B и из отходов изделий постоянных магнитов на его основе.
Научная новизна работы.
Впервые получены данные об особенностях АСД микрообъемов железа на пример листовых и порошковых материалов. Обнаружен и обяснен эффект образования на поверхности железной фольги волнистого рельефа в виде эквидистантных полос в пределах одного зерна. Показано, что Н-слои, перемещаясь в порошковых материалах иг частиц с разной формой (компактные и разветвленные), приводят к разному виду АСД образцов. Разработаны научные основы технологической схемы получения порошков сплавов редких и редкоземельных металлов, основанные на управлении движением Н-слоев.
Практическая ценность работы.
Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке:
- технологий получения пористых материалов на основе железа, имеющих высокук пористость и сильно развитую удельную поверхность при достаточно высокой прочности;
технологии отжига автолистовой стали, позволяющей резко сократить время термической обработки, необходимой для рекристаллизации;
технологии диспергирования сплавов РЗМ-Fe-B, позволяющей производить тончайшие порошки без механического воздействия и с минимальными энергетическими затратами;
технологии рафинирования гафния, богатого железом, позволяющей получать сплав, содержащий не более 3% железа.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на международном семинаре "Проблемы современного материаловедения"(г.Днепропетровск, 1995г.) и IV международной конференции "Водородное материаловедение и химия гидридов металлов." (Украина, Крым, Кацевели,1995г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные работы, 2 приняты к печати.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав,основных рекомендаций и выводов, списка литературы, содержащего 101 наименование, приложения и изложена на 126 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка и 6 таблиц.
