Фізико-хімічні процеси у плазмі жевріючого та іскрового розрядів при мас-спектрометричному та емісійному спектральному аналізі металевих і керамічних матеріалів - Автореферат

Інститут проблем МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук ФІЗИКО-ХІМІЧНІ процеси у ПЛАЗМІ ЖЕВРІЮЧОГО та Іскрового РОЗРЯДІВ при мас-СПЕКТРОМЕТРИЧНОМУ та ЕМІСІЙНОМУ спектральному АНАЛІЗІ металевих і керамічних МАТЕРІАЛІВ Роботу виконано в Інституті проблем матеріалознавства ім. Науковий консультант: доктор хімічних наук, професорЦій проблемі присвячена численна література, однак досі не існувало теоретичної моделі і достатньої кількості експериментальних досліджень, які б дозволяли кількісно методами математичного моделювання встановити залежність параметрів іскрового розряду, його складу та інтенсивності спектральних ліній від матеріалу електродів, швидкості випаровування, тиску та потужності розряду. І.М.Францевича НАН України і проводилась в рамках тем відомчого замовлення НАН України: “Розробка і удосконалення сучасних методів аналізу хімічного складу неорганічних матеріалів, вивчення хімічних властивостей нових металевих та керамічних матеріалів” (№ 0197U004386, 1997-1999 рр.); ”Розробка високочутливих інструментальних і розчинних методів аналізу хімічного складу металевих і керамічних матеріалів нового покоління, а також техногенних продуктів, вивчення фізико-хімічних процесів, які лежать в основі цих методів” (№ 0100U003496, 2000-2002 рр.); “Фізико-хімічні основи створення високоміцних та жароміцних алюмінієвих сплавів, зміцнених нанорозмірними фазами та фазами з аморфною та квазікристалічною структурою” (№ 0100U003648, 2001-2003 рр.); “Дослідження механізму формування структури і властивостей парофазних конденсатів Cu-Cr (Mo) та працездатності контактів з них” (№ 0104U006143, 2003-2005 рр.); “Розробка фізико-хімічних принципів поверхневої структурної інженерії нових композиційних матеріалів і формування з них високостійких покриттів з оптимальною зеренною та гетерофазною структурою” (№ 0102U001253, 2002-2006 рр.). вивчити основні типи кластерів та дослідити можливий вплив складу і структури матеріалу на ЕКР на багатокомпонентних сплавах на основі Al, Fe, Co-Cr-Mo; композиційних матеріалах (Cu-Cr, Cu-Mo, Cu-Zr-Y); інтерметалідах (MENI5-XALX, (Me - РЗЕ), Ti-Al, Ti-V, Zr-V-Ni, Ti-V-Mn); вуглецевих матеріалах; непровідних матеріалах (Al2O3); техногенних відходах (шахтних водах Донецького регіону, Криворізького гірничозбагачувального комбінату); провести моделювання мас-спектрів і порівняти їх з експериментом в області мас всіх важливих для практики ізотопів елементів, які визначаються у цих матеріалах; вивчити методами спектроскопічної діагностики плазму іскрового розряду у повітрі, створити математичну модель і алгоритм розвязання системи нелінійних рівнянь, які описують процеси в іскровому розряді, розробити компютерну програму і провести розрахунки складу плазми, температури, інтенсивності спектральних ліній в залежності від тиску, потужності, складу електродів та швидкості їх випаровування. Дослідження плазми жевріючого розряду проводили за допомогою найбільш сучасного, унікального для України мас-спектрометра з високою роздільною здатністю VG9000, при дослідженні механізму утворення молекулярних іонів використовували метод стаціонарних концентрацій при варіюванні концентрацій компонентів та параметрів плазми, мас-спектрометричні вимірювання ефективних констант рівноваги іонно-молекулярних реакцій та коефіцієнтів відносної чутливості проводили за допомогою державних стандартних зразків при різних параметрах розряду, для елементів, які відсутні у стандартних зразках - співставленням з даними рентгенофлуоресцентного, емісійного спектрального та хімічного аналізів; результати математичного моделювання мас-спектрів порівнювали з експериментальними спектрами.Наведено дані про порівняльні можливості мас-спектрометрії з жевріючим, іскровим та високочастотним індуктивним розрядами, а також емісійного спектрального з іскровим збудженням спектрів (ЕСА) з точки зору їх чутливості, можливостей аналізу певних елементів та ізотопів, здатності проводити пошаровий аналіз, в тому числі порошкових матеріалів в науці, техніці, охороні навколишнього середовища. Також вкрай обмежені дані про механізм утворення кластерів, залежність їх концентрації від параметрів розряду і досліджуваного матеріалу. Досліджено вплив параметрів розряду (струму, напруги, тиску Ar) на концентрації іонних кластерів в комірці, яка охолоджується рідким азотом, та комірці без охолодження, запропоновано метод розрахунку концентрацій таких кластерів. Оскільки концентрації атомів і іонів у плазмі пропорційні їх вмісту у зразку, для розрахунку концентрацій кластерів автором була запропонована концепція ефективних констант рівноваги (ЕКР) реакцій утворення молекулярних іонів. Порівняння залежностей іонних струмів легуючих елементів і струму алюмінію показує, що зростання PAR призводить до зниження іонного струму елементів з високою концентрацію (рис.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ