Особенности поглощения водорода поликристаллическим Ti и сплавами Ti-Al тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

#

НАЦ10НАЛЬНА АКАДОЙЯ НАУК УКРАТНИ 1НСТИТУТ МЕТАЛО513ИКИ

На правах рукопиоу УДК 539.292

ШКОЛА АНДР1Й АНТОНОВИЧ

0С0БЛИВ0СТ1 ПОГЖНАННЯ ВОДОЮ ПОЛ1КРИСТАЛ1ЧШШ 71 ТА СПЛАВАМИ Т.-М

Спец1альн1еть 01.04.07 - ф1зика твердого т1ял

Автореферат

дисертац1Т на здобуття вченого ступени кандидата техн{чних наук

Кигв - 1994

Дисертац1ею е рукопис

Роботу виконано в 1нститут1 металоф1зики HAH УкраТни

HayKOBi кер1сники: академ1к HAH Укра1ни,професор,

доктор ф!зико-математичних наук

НЕМОШКАЛЕНКО В.В.,

кандидат техшчних наук К0БЗЕНК0 Г.®. 4

0ф1ц!йН1 опоненти: член-кор.Академ!I технолог1чних наук

Укра5Ени, доктор xiM.HayK,професор ЛАВРЕНКО B.Ö.

доктор фхзико-математичних наук,

професор

УСТИНОВ Ä.I.

Пров1дна оргашзацхя: Донецький пол1техн1чний институт

Захист дисертащ* в1дбудеться " 199^ р.о 14 .год.

на эас!данн1 Спец1ал1эовано!Е вчено!

ради К.016.37.01 в 1нститут1 метало-

ф1зики HAH Укра1ни /252680,МСП,Ки1в-142,

пр. В-»рнадського, 36/

3 дисертац1ею можна ознайомитися в бхбл!отец! 1МФ.

Автореферат роз1Слано " "__199 р.

Вчений секретар

Спец1ал!зовано1 Ради К.016.37.01

доктор ф!зико-математичних наук 0.П. ЗЕД0Р0В

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬН1СТЪ ТЕМИ. Водень мав найб*льшу рухливхсть i е одним з найб1льш реакц1йно-здатних xímí4hiix елементхв.

Проблемою водню в металах тепер займаються в усьому свгг} з р!зних причин. Потреба ж у вивчешй взаомод1¥ титану та його сплавíb з воднем визначаеться двома аспектами.

По-перше, титан утворюв ггдриди з великою водневсю емн!стю ю23 /, що визначае його як^одного з найб}льш перспек-тивних v-á?§piMÍB для створення захисних пристроив проти комплексного випромгнювання.

3 другого боку, титан е основою багатьох конструкцхйних ма-тер1ал1в. При цьому, не виключена можлив{сть 1х перебування в npoqeci роботи у водневому середовищг.

Тому досл1даення кгнетичних параметров взасмодИ титану i водню í вплив на них рхзних чинниктв, враховуючи i виххдний стан, набувають важливого значения з точки зору розвитку хндустрхг титану. Це визначае актуальн!сть теми даног роботи. I дотепер ще не з"ясовано Ht механтзм Ндридоутворення /механгзм проникнення водню в масивний матергал/, hí вплив р1зних 4hhhhkíb, що визнача-ють вплив в их 1дного стану мат ер i ал,у на кЬштику процесу. Вгдсутн! вказ!вки про вплив сгатисмчис факторхв /геометр*я системи кристал-газ та умови проведения дослхде/.

МЕТА РОБОТИ:'доелгдити, як реал1зуеться процес наводнения, змЫюються кгнетичн1 параметри взаемод!! водню з пол!кристал1ч-ним титаном та його сплавами з алюмппем та прид1лити певну ува-гу впливу вих!дного стану матер1алу, фазового складу, попередньо! обробки та газових домгёюк на перебтг самого процесу.

В роботг вирхшена одна з важливих задач - знайти такий пгд-хгд в TexHiiíi наводнения, щоб досл!дасуваний матер*ал любо! форми i маси, допустимих в лабораторий практиц}, можна було наводнити до д!г1дриду. Для цього була розроблена i створена установка э автоматичною резстрацгею змгни тиску та температури об"екту з часом. Також широко використовувались стандарты! методи доелтд-ження: металографЫ, рентген1вський фазовий нанал!з, гравимет-ричний, хроматог{^.ф!чний, флюоресцентний рентген!вський анал}з та íHfflt.

НАУКОВА НОВИЗНА.

Уточнено зм!ст ! величину к!нетичних параметр!в: температуру та час початку поглинання водню, ¿поч >

Розроблена методика визначення швидкостх поглинання водню та його концентрацтI в любий момент процесу. Показано, що прочее наводнения в литому Тг проходить значно пов!льн!ше через в!д-сутнхсть сприятливих умов для релаксацй залишкових напружень ! тих, що виникають пад час фазоутворення. Вперше в техн!ц! наводнения снайдено зв"язок статистичних факторгв з {нтенсив- ■ н!стю переб!гу процесу.

АПР0БАЦ1Я РОБОТИ.

Матертали дисертацт! доповгдалися та обговорсвалися: - на Ш М гкреспубл гканськ гй школх-семгнарг з наукового при-ладобудування I автоматизацх! наукових досл!ддень "Наукприлад-90" /Кримська обл. Судак, 12-22 жовтня 1990 р./;

- на У Всесоюзна конференц!! з х!м11 г!дрид!в /Душанбе/, 5-12 травня 1991 р./;

- на Всесоюзному семгнар! /"Атомно-воднева енергетика та технолог!я" /Москва, 20-22 травня 1992 р./; ,

- на I МЬкнародаому сем!нар1 з дифузно-кооперативних явищ в системах метал-!зотопи водню "Метал-водень-92"/Донепьк,15-19 вересня 1992 р./;

- КНжкародна виставка "Нов! матерхали та 1х застосування в мащинобудуванн!" /м.Кигв, 13-16 листопада 1992 р./;

- МЫнародна виставка "Сххд-3ах{д" э материал 1В 1 технолога "МАТ-ТЕХ-92", 3-6 листопада 1992 р.,М.,Страсбург,Франц1я.

0Б"еМ РОБОТИ

Дисертац!ю викладено на 153 стор!нках, наведено 11 таб-лиць 1 малюнки - Бона складаеться з! вступу, п"яти розд!-л!в, висновк!в та списку лиератури, що налтчуе 12В Дкерел.

НАУКОВА 1 ПРАКТИЧНА Ц1НН1СТЬ

Результати, одержан! в робот!, дозволяють глибшв розвину-ти уявлення про механгзм проникнення ». поширення водно в р!зних станах в об"ем! пол1»фистал:чного титану.

Практична ц!нн!сть роботи полягае в тому, що одержан! результати дають змогу прогнозувати в залежност! в!д стану пол!-кристал!чного титану та його сплав !в И-Жъ р!зних фазоаих об-

ластях характер переб!гу процесу.

пшмцп

. За матерхалами дисертацг'£ опублхковано 8 друкованих роб!т 1 одержано I авторське свгдоцтво.

ПОЛОЖЕНИЯ, ЩО ВШОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

1. Процес наводнения пол1кристал!чного титану в терм!нах густини потоку характеризуемся трьома максимумами, пов"язаними з фазоутворенням в приповерхневому шар1 та в об"ем1 масивного металу. 1нтенсивн1сть реал1зац1¥ виявлених 3-х стад!й визначаеть-ся спхввгдношонням об"емхв приграничних областей, розм{ргв зерен та ргвнем напружень, що виникають в матерталт пхд час фазоутво-рення.

2. Легування титану алюмгнхем не змхнгое характеру та посл1-дoвнicть стадгй процесу наводнения, проте виявляз в межах твердого аС -розчину кемонотонну залежнгсть к{нетичних параметров вгд свого вмхсту.

. ОЗНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступх обгрунтована актуальность теми.

Перший роздгл мае оглядовий характер. Тут узагальненг експе-риментальнг г тсоретичнг результати стосовно основних стадгй процесу наводнения; дисоцхативно! адсорбцЛ, дифуэ 11 атому водню в кристалг. Бхльше звертаеться увага на макроскопхчне визначення параметрхв в сС I уЗ - фазах та вплив на них утворгаваного припо-верхневого шару ^ -фази.

В аналхзх кшетики взаемодх* водню э титаном виявляеться факт багатостадтйност! процесу, одна 1з стад*й якого е визначаль-На. Але розгляд кгнетики, що описуеться переважно макропараметрами Р.Т в час^не розкриваэ механгзму г{дридоутворення титану.

На основх анал гзу лхтературних даних було сфорцульовано мету роботи та додатковг задачг досл^даень.

В другому розд1л1 наводиться опис експериментально! уста-новки/ДДГМ-2М /, спец1ально створеноI для досл*,вдення взаемод!! газ1в з матерхалами рхзних тигив анал!зу, методика визначення термод{нам1чних х кшетичних параметр1в взаемодхХ /поглинання/ водню э матерхалами, а також чутлив!сть, точн!сть вим^рювання та похибка експерименту.

Детально описана процедура пгдготовки зразк1в /I/ для про-

ведення дослгд{в г ф/нкцхонування само? установки та найб{льш важлива П частина - реакторний пристргй /х¡мхчний реактор/, що вм}:цус в собт водневопоглинаючий матерхал /2/. В основу роботи автономного джерела водню /АДВ/ покладена властив!сть прямоI 1 оборотно! взаемодхт водню з металами 1 сплавами /3,4/. АДВ признач< не для очистки, збер!гання 1 подач! вода» до мхсця використання, являе собою незалежний пристргй I може комплектуватися з любим обладнашим, що використовуе чистий водень. -

^ Виэначаються критерг'/ температури початку поглинання водню . ^поч та гнкубацхйного /гпдукцтйного"/ пер году як важлив}

параметри в к!нетиц1 наводнения метал гв. Параметр £°поч визна-чаеться в режим:: нагр{ву чи в хзобарно-хэотерм!чних умовах.Вели-чини задежать в}д чутлисостх використовувано! апаратури та эм1ни тиску водню в об"еш, де проходять процеси поглинання, виэначаються в момент початку поглинання.

1з залежиостей температури T^J(v)i тиску Р=//^/мал.1/, ви-раховуеться густина потоку водню -3 I анал1зувться в

координатах часу I концентрат^? водню Сн. »

Швидк!сть поглинання вхдбивае сукупнк:ть процесхв, що вини-кають як на поверхн1, так i в об"ем1 матер!алу. Диференцхацгя процесу поглинання водню задежить В1Д поставлено! задачI х можли-. востей апаратури /дисоцхацхя молекулярного водню I хемосорбцхя на поверхн1, дифуз1я в об"ем1, фазов1 перетворення в систем! Ме-Н/. Контроль кристалхчш! структури п!дреш1тки металу прово-дився на дифрактометрах УРС-554, ДРОН-3 у випромшюваннхМо^на-явнхстю лонохроматорхв i без них. Точн!сть визначення ку-

тхв, що пов"язана роздхльноп здатнхстю апаратури, визнача-лась експериментально I складала по$-3 .

Контроль кокцентрац!I водню у зразках проводився кхлькома незалежними методами: ххмхчним, гравхметричним, аналхтичним, за допомогою газових аналгзаторхв РН-1Е та типу "Еволограф УН-Э" та оцхнювався методом десорбц!йного аналхзу на дериватограф: а -1500 Я .

Контроль фазового складу ггдрядхв Т1 ГМе^) Нх та умови 1х термхчно! ст1йкостх в р1зних середовшцах зд1йснювався методом десорбцгйного анал !зу на дериватографах О. - 1500 О та МОМ/5/ з одночасною фхксацхею теплових та грав хметричнях ефектхв. 3 ц{ею метою широко використовувався також дюрометричний анал!з

та метод месс-баур1Всько! спектроскопii /б/.

Вивчення м^кроструктурн проводилось на оптичних микроскопах МИМ-7, "МЕТАМ-РГ та " tsieop/tot-a"

Контроль вмгсту елементхв в сплавах проводився з допомогою рентгенофпюоресцентного аналгзу на спектрометрг FRA-20. Чутли-в хсть методу в 1нтервал г 10 ^ 2 € 92 складаз

Густина зраэкхв визначалась Мдростатичним зважуванням з точнхстю Ю-4.

Трет'хй роздхл дисертац1йноТ робрти присвячено виявлешш загального механхэму наводнения монолттного полткристал Ьтного Ti в об'емх. На прикладт поглинанкя воднм йодидним Ti при за-даних г змхнних Р i Т вивчаються залежностг Р,Тщо ха-рактеризують процеси поглинання водню в Ti, з яких можна уста-новити TaKi кхнетичнх параметри, як -ик ~Ьпоч , що засвгд-чують початок поглинання водню, а також швидктсть поглинання, температуру режиму та середню концентрацию в любий момент про-цесу.

Для розкриття природи процесу бгльш хнформативннми вияви-лись залежностх густини потоку в}д концентрац!! поглинутого водню та часу /густина потоку - к!лькгсть поглинутого водню в одиницю часу через одиницю площ i поверхн*/.

3 аналгзу дослгдгв випливае, що кривг {(t) га J- /(c,j мають три максимуми, що вхдповхдали^б утвОренню 3-х г {дридних фаз aC-,ß-, ^ ' в певних р1вноважних умовах.

Однак розрахунки показали, що . час формування 1-го мак- • симуму в 1дпов хдае проникненню водню на глибшгу ^ 250 мнм, що спхвпадае з поверхневим шаром, який за своею структурою, дефектною дуже в{др!зняеться в{д об"еаду. Якщо в!днести весь поглинутий водень до об"ему цього шару, то це буде вудпов£дати концентрац!! Сн»0,8 % мас.Н, тобто структур toi +) .К!нець 2-го максимуму припадай на концентрацию 2 % мас.Н, тобто у в{д-пов!дност1 з д1аграмою стану в!дпов1дае формуванню у всьому об"ем! ß> -фази. 3-й макетам за концентрац!ею в!дпов!дае ут-воренню ß -фази. Однак, при наводненнг пол!кристал1чних зраз-KtB таког строго! посл{довност{ фазоу!гворення в o6"eMf не спостер1гаеться^

Якщо виходити з фази, у як!й водень мае найменшу дифуз{Й-

ну рухлив!сть, коли перемещения водню йде через зерна, то в умовах наводнения водень повинен був би досягти середини зразка товщиною 3 мм через 100 хв. Наспраадг ж водень цю вхдстань до-лае менше н!ж за 50 хв. Аналтз розпод!лу водню по глибин! зраз-К1в показав, що змхна концентрац!! водню вхд перифер^ до середини нееспадаючою залежшстю вхд вхдстанх, - окрем: зерна веере-дин! об"ему мають концентрацию водню набагато виду, Н1Ж зерна, що розм!щен! ближче до поверхн! /мал.З/,

Факт прискореного проникнення ! просторова неоднорхдн!сть в розподШ Н може бути пояснено тим, що водень проникав в об"ем в даному випадку переважно по приграничних областях/об"е-мах/ - спотворещй, напружен1й зон!, що мае протяжн!сть в гли-бину зерен, що стикуються в!д I до 20 мкм /?/.

Випереджання у творения спочатку вищо! фази Мдриду/^-^а/ в приповерхневому шарт концентруе водень переважно в ньому г фаза стае контролюючою у всьоиу процесх. ¡Целя досягнення настав спад 1-го максимуму •У . Але в шарх виникають з часом тр!-щини, поверхня зростае /зростання температури також тривае/ ! фаза, що спочатку загальмувала 3 /дхльнищ СД,мал.2/ сприяе йо-го зростанню, ивидно утворюеться у?-, а пот!м добудовуеться ! ^ -фаза, про що евхдчать вхдпов1дно 2-й I 3-й максимум« гус-тини потоку /мал.2/.

Четвертий роздхл присвяцуеться б!льш детальному взаемозв"яз~ ку поверхневих, структурних ! технолог!чних фактор!в в к!нети~ ц! наводнения р!зних вгаадних станхв титану.

Стисло оглядаеться роль технолог!чних фактор!в при навод-ненн!, вплив характеру обробки поверхн! титану та температури зразку на поглинання водню. Вхльш детально розглядаеться проблема приповерхневого шару: утворення його гид час мехал{чно! обробки, залекн!сть глибини в!д р!зних фактор!в та його оц!нка для р!зних вих!дних стал!в титану.

Дазться обгрунтування зв"язку першого максимуму на залежное т! утворенням ^ -фази в приповерхневому шар!. Ця фа-

за займае долю всього зразка /а в!дтак ! площу п!д першим максимумом б , що 1й в!дпов!дае/ близько 6-9 %.

Оск!льки розм!р зерен та границь ! наявн!сть дом!шок на границях зерен /приграничних областя^/повинн! в!д!гравати ос-новну роль, визначаючи швидк!сть поглинання, було доц!льним

э"ясувати вплив цих чинник}в на об"ектах найб!льш блиэьких до практики: титан йодидний, литий електронно-дуговим та промене-вим способами та В1дпален1/рхзнх/стани. Це дало эмогу вархюзати структуру,розмхри зерен та приграничних областей, вмхст домх-шок 0 ! N.

В литих сплавах, як правило, наводнения йде повтльнгле через вплив ряду фактор1в: а/ зменшення розм1ру приграничних областей навколо границь зерен /табл.1/; б/ присутнгсть залишко-вих напружень 1псля переплаву та затаривания; в/ несприятли-В1сть умов для релаксац1? напружень, що виникають п!д час <£а-зоутворення. Напруження в пёвний момент можуть взагалх загаль-мувати утворення бататих воднем г!дридних фаз /мал.4/.

Таблиц I

Структура та к!нетичн! характеристики процесу наводнения компактного титану

Тип зразка

/вихтдний

стан/

;Структурн1 характеристики ^ерна

Густина матерI-

¡попе-

;реч-

;ник

; йср |мкм

Т йодидаий 960 диск

литий ел,- 264 дуг.диск

литий ел.- 440 пром.диск шайба

Т литий ел.-дуг.втдпал., диск

а/ в аС -ф 580 б/ в р> -ф 9§0

при-гра-нич-на

.(¿КМ.....

20

8

15

20 30

Питома поверх-

Приведене значения

алу -р.кг/М хЮ ня зерна см^/г ! Г 1 Г'СМ^'С 1 1

4,46665 14 46x10"®

4,50740 50 50х

4,5143 30 527х

• 665х

4,49978 23 143х

4,4978 13 66 X

т(рчи)

Технолог1чнх характеристики початку процесу

поч.

1 г.

1нк.

залежать в1д стану поверхнх /чистота обробки, присутн1сть стороны IX дом1шок/ ia П величини/13 зб1льшенням 5 ц! величиии знижуються/. Процес дш^зхТ, утворення фаз в об"ем{ заевхдчув

величина густини потоку за зм1на П з часом i в координатах Сн, а такожтермодинамхчнх параматри процесу Р i Т.

Таблиця 1 вказуе на те, що найнижче значения приведеного Jm i вхддоввдно температури проведения процесу /380-390°С/ та часу наводнения / ~200 хв/ в Ti - йодид./мал.2/. В литоед електро-даговому /мал.4/ змша acp_i $ веде до хншоХ i, хоча того ж порядку, значно зростае температура процесу /420-430°С/ та його тривал!сть /300-500 хв./ до повного наводнения.

Взагалх процес спов!льнюеться, потребуючи б!льш високих параметрiB режиму i з часом настав термхчна зупинка /3 =0/. Для його продовження потрхбне niдвижения температури на лЬ =50-75°С, що потребуе додатково! eHepril 0,6-0,9 КДж/моль. Ця величина добре корелюе i3 значениям релаксацхйнох енергх? активацИ, пов"язано1 io залишковими напруженнями внаслхдок плавки та загартування. Цф. стосуеться i материалу, вхдпале-ного в сС -облаетi, коли не втрачаеться початкова /дендрхтна/ структура /мал.6, крива I/.

В литому Ti електронно-променевоI плавки, що характеризуется !ншою /"кошиковою"/ структурою i ще вищою, нхж в литому електронно-дугово1 променево! плавки густиною, а також хшими структурними характеристиками процес наводнения потребуе пхдвищення температури до 460-530°С в залежност1 в!д габ!тусу /диск, шайба /мал.5/. Значения ж зростае до /500-665/хЮ"® в эалежност! В1Д проведения досл1ду на дисках /к $ 3 мм/ чи шайбах / А- ^ 1 мм/, а час наводнения зменшуеться у останн!х в 5-6р/роль поверхн!/.

Вхдпал литого Ti в ß -ф за структурними параметрами на-вертае його до Ti йодидного. Д1йсно, температура /375 С0/, час наводнения /040 хв./ та 3" «6бх10~® г/см*" с, хоча структура залишаеться притаманною литому Ti /дендрхтна/ /мал.6, крива 2/ i вплив напружень значний. Bei спектри 3 , як за-значалося вище, мають складну дискретну структуру. Особливо зникае розмежування 3-х максимумхв в Ti литому електро-ду-гового п/пл. Але в Ti, в1дпаленому в сС i ß -фазах, виникае б|лып ч1тке розмежування стадхй наводнения: в!дпал частково энхмав залтшков! напруження, що нер!вном1рно розпод!лен1 в об"емх.

-ю-

3 метою полегшити фазоутворения проводились вхдповхднх досл1ди на струнцх та порошку, де укови для релаксацт! напру-жень значно сприятливтшх. Брались варханти:

I/ Стружка в закритому контейкерх з масами 1/4, 1,0 х 3 г. Складовх стружки не мали механхчного контакту. Водень в молекулярному етанх И мае бхльший час знаходаення в об"см1, що при-падае на одну складову. Процес спозхльнуеться, площа мхграхи! для Н на окремхй складов1й, напевне, роздхляючись мЬ* Н х 0, змен-шуеться. Густкна потоку J пря^е до мхнхмуму /ма.7/, проявляемся крктичнхсть маси I площ1 складових поглина.чня.

2/ Стружка насипана в закритий тигель, мае м}ж собою теп-ловий х механхчкий контакт. Вхдстань мхн складовими в порхвнян-нх з I/ дуже зменшилась I, водночас, знят1 залишковх напрукен-ня, тобто умови дозволяють розвинутись процесу: значна-7/1-й максимум слабо виражений, 2-й I 3-й злитх, погано розрхзнюванг, а час наводнения зменшився в 3 рази в пор I в няни I, наприклад, з Тх-йодид.компактним /мал.В/.

3/ Порошок насипаний в закритому тигл1. Компонента порошку ще б:льш зближенг, релаксацхя напружень фактично ввдсутня. Очевидно, якщо в 2/ вже велика доля атомхв Н в сум га I Ь^+Н, то тут явно переважае атомарний, як'цо не весь водень знаходиться в станх Н/мал.9/. Час наводнения малий /42 хв./.£орма х структура криво! в порошку руке нагадав ту, що в Тх-йодид.компактному /температурний режим сгивпадае, 390°С/. Якщо в останньому тхльки намгчаеться тенденцхя прямого ходу 3 при утвореннг р -фази в об"ем1/наповнення -пробхг по розподглу зерен/, то в порошку крива виродауеться в пряму - результат величезно! к!ль-кост т складових / пор/=200/, тобто ця величина в порошку на 2 порядки перевищуе к1льк!сть складових зерен в Т1 компактному.

Оц{нена енерг!я активацг! процесу наводнения в згадуваних матерхалах. Ця величина визначалась шляхом трансформац!* /сумх-щення к1нетичних кривих по ос1 часу/ при рхзних температурах при одн}й середн!й концентрац11. Значения Еа н1як не можна ото-тожнювати {з значениям Еа в1дпов1дних фаз як параметр1В дифузхТ, хоча до них.можливо, Ц1 величини пхдходять хнколи досить близь-ко, як визначальних стадхй всього процесу. Аналхз в межах однор!дного матер1алу примушуе схилятись до тако! думки /табл.2/.

Таблиця 2

Енергхя активацг! пронесу абсорбц!! Н в Т1

№ ¡Тип Концентрац1я Е< ц.

досл{ду 1' зразка 1/виххд-! ний ¡стан 1\/ Сн, % мае. КДж ККал

моль моль

10 йод. 0,20 19,6 4,68

II /диск/ 0,60 11,06 2,84

0,94 23,80 5,68

1,20 20,56 4,92

22 йод. /стиужка 25 в тиглях/ 0,25 0,50 II,В6 39,10 2,83 9,34

1,50 26,0 6,17

- 3,31 1,316 0,31

23 йод. . 0,20 238,0 56,86

/стружка 27 в конт./ 2,45 95,0 22,70

8 литий 0,30 46,0 11,00

9 /ел.-дуг. п/пл./ 1,26 11,0 2,64 -

2,57 40,85 9,76

Найповхльнший процес I наймениI значения/ в стружцх, що розоипана в контейнер! I там найвипц значения Еа. Отже, Еа -енерг1я активацх! складного багатостад1йного процесу. В струж-

що насипана /в тиглях/, напряжения мхнхмальнх I значения Еа спадав.до 1,32^ /0,3$^ / при утворенш д!г!дриду /$ - ф/ в пор1вня'г!Мь з моль компактным литим, де ця величина ще досить висока Еа = 40,85 && .

моль

Еа для Т1-Й0Д. /19,6/ наближена до ентальп!? розчи-

нення Н в сС - 71.

П"ятий роздхл присвячуеться вивченнга повед!нки сплавхв 7Г-Л£-при наводненн1 в оС -области Дослвди проводились з одночасним досладженням ряду сплав 1в Т^-Ш або 1ндив хдуально /цосл1даення сплаву одного складу/. Використовувались два ре-жими: а/ попередня термообробка в вакуум! з наступним впускоы

водню/ i б/ нагрхв матерталу в атмосфер! водню - повхльний / ? 2 год/ чи швицкий /20-25 хв./ з наступнш поглинанкям.

Дослгди проводились при умовах: Р^ » 0,6 МПа i Т=733-Б68 К0. Вар!ювались парамотри T i Г. Що до наводнения в заданих умовах проведено ретельне досл!дження литих сплавхв на bmïct неконтро-льованих дом1Шок H,N i 0, що дало немонотонну екстремальну залеж-HÎCTb Сн = /(Са) /мал. 10/.

ЦЙк залежностх зберхгаються i при подальшому наводненнх спла-вхв i полягають в тому, що концентрацхя Сн шсля чистого Ti р1з-ко спадао в межах до 0,5-1,0 % шй.ЛВ , пот1м зростае i спосте-рхгаеться монотонне зменшення Сн. 1з зростанням температури Т i часу Сн в облаетL твердого роэчину зростаз, зберхгаючи ха-рактерний MiHiMyM, глибина якого змениуеться, а на меж1 ос/сС +оСг фаз проявляеться другий м1н!мум /мал.П-13/.

Д°сл!ди показали, що в цхлому но змхнюе характеру проце-су наводнения. В сплавах з J& виявляеться той же механхзм фазо-утворення i tÈk стадх! наводнения, що i в нелегованому титанЬ Але легування алюмхнгем змшюе кгнетиша параметра наводнения. При цьому виявляються неоднаков1 залежностх цих параметров в рхз-них фаз о в их областях системи Ti Ж : в област1 твердых розчинхв di-TL зм1на кшетичних параметрхв i BOflHeBOï емност1 в!д концен-Tpauiï Ж мае екстремальний характер, що взагал! не притаманно твердим розч'инам /мал.11-13/.

Виявлен! максимуми i мхнхмуми швидкостх поглинання водню, якх зберхгають свое положения по oci концентрац!! алктнхю, але величина ïx з температурою i концентрац1бю водню змЬтоеться.

МЬпмум в облает! 0,5-1,0 % мае Л£> з часом зменшуеться i П1ДН1маеться в область великих концентраций водню, практично не зникаючи, тобто при малих концентрац}ях водню або ж в умовах малих thckïb водню виявлен! дуже низьк1 швидкост! поглинання.

Сплави, близьк1 до меж! où/et +<£г -фаз 5,5 % мае. Л В , що мають найбхльшу авидкхсть поглинання водню, при наводненн! розкришуються i досягають певно ï воднево* емностх за найкоротший час. Це пов"язано 3i змхщенням границ! оc/oC*oCz -фаз при навод-HeHHi в 6ÏK титану та.э виникненням областей в об -розчинг, збагачених угрупуваннями, близькими до , що мають б!льш

висок! швидкост! поглинання.

Враховуючи пвдвищену водневу емшеть i швидк!сть наводнения можна ïx рекомендувати для використання як основи г!дрид!в,

0СН0БН1 ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТЫ ДОСЛ1ДКЕНЬ

1. Розроблена методика визначення кхнетичних параметр1в:хнку-бац!йного периоду X -нк, температури початку поглинання се-редньо! концентрац11 водню в любий момент процесу Сн, густини потоку 3 та 1Г зв"язок 13 стадхяш фазоутворення в об"емт навод-нюваного матерхалу.

2. Водень в полгкристалхчному титанх на певнгй стадп наводнения перем1щу«ться в об"ем переважно по приграничних областях, проникаючи одночасно I в зерна. Причому, перший процес випере'д-' жаз другий в 2 ; 2,5 р., на що вказуе величина сп1вв1Дношення енергхй активац11 втдповхдних процесгв.

¿0,95.

3. В литому титанх, як правило, наводнения йде повгльнше через В1дсутн1сть сприятливих умов для релаксант залишкових I тих, що виникають шд час фазоутворення, напружень. На це вказуе зрост&ння I температури проведения дослхду ¿реж, час наводнения до стану д1Г1дриду зростае в 3 т 5 р., а енергхя актива-Ц11 процесу П1двищуеться на лсГа^-релаксацхйну енергхю активацхК.

4. При наводненн1 титану, що пройшов термоактивац!ю у вакуум! перед впуском водню, г титану, не активованого процес поглинання ■ водню йде по рхзнону: в першому випадку на самому початку поглинання прискорюеться, а в другому - рхзко заглушено х розвиток процесу тривае десятки годин.

В. Влерше втехнхцх наводнения знайдений зв"язок статистич-них фактор!в з 1нтенсивн1стю переб!гу самого процесу, а саме: при великих В1дстанях 1 иЫ складовими об"екту поглинання в бхлып роз"еднаному материалI /стружка при втдсутност! механхч-ного контакту мхж складовими/, результуюча густина потоку рхвна сумх потокхв через окрем} складов!, тобто 3=

В б>льш ц1Л1сному /насипана стружка чи порошок/ ! компактному матер1ал1 /диски, шайби/ результуюча густина потоку постае у вигляд1 добутку потокхв через окрем1 складов!, тобто <7= Г7

6. Вперше експериментально встановлено, що при наводнешп титану,легованого алюм!нхем /область 0,5-1,0 % мае/, виявляеться найменш слабкий зв"язок водню з решхткою Дшимум концентрацг? водню/.

7. В умовах одноразового наводнения домгаки 0 х N практично не впливають на водневу емн!сть масивних зразк!в титану, так як вони зосередауються на поверхн!. В облает! твердого розчину

алюм1н1ю s Ti залежност* CH O>N = j (САе.) мають подгбний

характер.

MATEPlAJM ДИСЕРТАЦ1Г 0ПУВЛ1К03АН1 В РОБОТАХ:

1. Школа A.A.Держатель образцов.//Завод.лаб.-1983.-И.-С.56-57.

2. Кобзенко Г.Ф..Школа A.A. Реакторное устройство для изучения реакций металл-газ.// Завод.лаб.-1990.-F7.-С.41-45.

3. Кобзенко Г.Ф.,Кобзенко Н.С. .Сенкевич А.И.,Чубенко М.В., Школа A.A. Автономный источник водорода.//ЙТЭ.-1985.-№2.-С. 217-218.

4. Кобзенко Г.<5..Кобзенко Н.С..Мельник И.И.Чубенко М.В..Школа А.А.Устройство для хранения и подачи водорода. A.C. 1306254 22.Л1-1986.

5. Кобзенко Г.Ф.,Пасько С.П.,Чубенко М.В.,Школа А.А.Влияние среды на термическую устойчивость гидрида титана.//Металлофизика.-1982.-4, № б.-С.103-105.

6. Немошкаленко В.В..Кобзенко Г.Ф.,Нищенко М.М.,Томашевский H.A., Харитонский С.С.,Школа A.A. Водород в быстрозакаленных плен-кахТГ-^/Металлофизика. - I990.-12,Jtö.-C.II7-II9.

7. Кобзенко Г..Школа A.A. Кинетика поглощения водорода компактным титаном. //Металлофизика. -1989. -II, }'<6. -С .71-77.

8'. Немошкаленко В.В.,Школа A.A..Кобзенко Г.Ф..Прядко J.B., Кобзенко Н.С.,Зелинская Г.М.,Руденко Н.Г. Структура и кинетика взаимодействия титан-алю--миниевих сплавов с водородом.. "Диффузно-кооперативные явления в системах металл-изотопы водорода" / Сборник информационных материалов 1-го Международного семинара "Металл-водород-92", Донецк,15-19 сентября 1992. ч.П.-Донецк,1992.-50 с.

9. Немошкаленко В.В..Кобзенко Г.Ф.,Школа "A.A. .Прядко Т.В., Кобзенко Н.С.,Зелинская Г.М.,Руденко Н.Г. Кинетика взаимодействия титан-алюминиевых сплавов с: водородом.//Металлофизика и новейшая технология. - 1994.-16,№ З.-С.91-136.

Зыша текператури /I/, 1 тиску /3/ п}д час наводнения титану, /2/ - змша тиску у ь1д-сутност! взаемодг*.

Т, х».

Мал.1

Зм}на густини потоку водню в час! та вгд концентрац}! поглинутого водню при наводненнг титану.

50 . 100 150 т, ха,

: ¡[км'гсч]-ю8

Зу

| 50

<Г

5 Сн, % мае.

Мал.2.

Змгна м!кротвердост1 Н^м в об"ем1 зразка вздовж нормал! до поверхн! Т1-Н.

30 25 20

<5 «

5

Р-т-юог

Й5

10

05

Тд&мм ^ММ

1 - титан йодидний; ® титан йодидний, переплавлений в атмосфер! водню. Мал.З.

Залежнхсть для титану литого /ел.-дуг.п/пл./

&00

- I/1 •

—

к

120 ЙО 360 480 ЪхЬ.

V) щ

ЛО 40 Сн,%мас.

|-3 зразки; г - 5 зразк!в. Мал.4.

3- / (ъ) для титану литого /ел.пром.п/пл./.

120 180 240 , __ _ щ^отт^ъоКхЬ. \%хЬ.

а/ - шай&и ( Ь) 1 - цгла, 2- 1/2 шайби,

3- 1/4 шайби, 4 - 1/8 иайби. б/ - диск / в/т ^ 3/.

Залежнхсть ^-1 J= } (Сн) для титану литого/ел.-дуг./в хдпаленого: I/ в оС -облает!;420°С;

х 50 год /вак I Па/ 2/ в р -области 1300°С, х 10 ч/вак Ю"2 Па/.

Мал.6.

ыг.'У (<г

2/7 3,0

С^июс.

о

Залежн!сть 3= / (г) (о) 1 Э= / ( Сн) (?) для стружки титану йодидного в эакритому контейнер!

1,1001-•-Э

50

а

.2

100

150

/ /

I - 3 г; 2 - I г; 3 - 0,25 г.

Мал.7.

Залекнхсть 3 - } (?) /а/ } /Сн//б/для

стружки титану йодидного в эакритих тиглях.

Ж

гр

I - I г; 2 - 3 г. Мал.8.

3,0 цр Сн,1МАС.

Залежн!сть ^=/(4) /а/ } 3 = -}-(Сн) /б/ для порошку в закритому тигл! (т ~ I г/

£10 4

а

5бд

о

10 20 30 40 60

(Г .

-э о

' ^ал.9.

■гд.

3,0

Розподхл домгаок Н,0 I N в литих сплавах:

9001-

. о 1,0 2$ 5,0

I - Н, 2 - N ; 3 - 0. С . МалЛО.

Концентрац1йна эалежн{сть поглинугого водню в сплавах Т1-JÇ

Мал.11.

Залежнгсть - /ССде) .одержана при резнях режимах наводнения.

1 40

>

50

е

ао

to

о 10

1 - Р«0,58 МПа,Т - 800 К, % -2,0 год.

2 - Р-0,58 ЫПа,Т«860 К, Ъ - 0,75 год.

Мал.12.

Залежн1сть Сн - ( С

Р-0,55 МПа, Т"718°х4,5 годчвОЗ К, х 6,5 год. Мал.13.

Щдписано до друку I4.06.94p формат 60x84/16 Пап1п друк. Умов, друк. л. Т.О. Тираж 100 ггри»1рник. Заказ ХЧОЮ

Надруковано ЦУОП ДНПП "Плодвинконоерв" м. Ки1в ,.Саксаганського ,1