Вплив водневої обробки на структуру та розрядні властивості сплавів на основі фаз Лавеса ZrCr2 - Автореферат

Проаналізовано особливості впливу фазово-структурного стану та умов обробки на зарядно-розрядні характеристики металогідридних електродів на основі сплавів системи Zr-Cr-Ni, відзначено існуючі проблеми. Термостабільність гідридів та процес ГДДР вивчали на розробленій та виготовленій у ФМІ НАН України компютеризованій установці диференціального термічного аналізу (ДТА), яка дозволяє за виділенням (поглинанням) теплоти фіксувати процес утворення (розпаду) гідридних фаз та забезпечує можливість водневої обробки гідридотвірних матеріалів за тиску водню ?10 МПА. Джерелом водню у експериментах служив термосорбційний компресор ОМЕГА-10, виготовлений на основі гідриду сплаву LANI5. Для дослідження зарядно-розрядних характеристик сплавів використовували металогідридні електроди, виготовлені з суміші порошку досліджуваного сплаву та високодисперсного нікелю (<1 мкм) у масовому співвідношенні 2:1. Однак, щоб зрозуміти процеси, які відбуваються за наводнення цього сплаву, на першій стадії досліджували вихідну сполуку ZRCR2, як модельний обєкт.У дисертації запропоновано новий підхід до вирішення науково-технічного завдання покращення активації металогідридних електродів зі структурою фаз Лавеса на основі інтерметалідної сполуки ZRCR2, який полягає у поєднанні водневої обробки (процес ГДДР) та помелу сплаву у планетарному млині в атмосфері водню. Показано, що диспропорціонування ZRCR2 (структура типу MGZN2) починається за =3 МПА з утворенням гідриду вихідної фази та виділенням хрому і гідриду цирконію. У випадку сполуки ZRCR2 структурного типу MGCU2 вона розпадається на e-ZRHX та Cr за температур 820 та 775 °С (=3 та 5 МПА відповідно) з подальшим відновленням вихідної фази нагрівом продуктів диспропорціонування у вакуумі. В залежності від максимальної температури обробки отримано сплав з різним співвідношенням основних та вторинних фаз: фази Лавеса зі структурою типу MGZN2 та MGCU2, ZRNI, Cr, Zr9Ni11 і Zr7Ni10. Influence of Ti on the hydrogen-induced phase-structure transformations in the ZRCR2 intermetallic compound // Intermetallics.

У дисертації запропоновано новий підхід до вирішення науково-технічного завдання покращення активації металогідридних електродів зі структурою фаз Лавеса на основі інтерметалідної сполуки ZRCR2, який полягає у поєднанні водневої обробки (процес ГДДР) та помелу сплаву у планетарному млині в атмосфері водню.

1. Вперше встановлено закономірності ГДДР в сполуці ZRCR2 двох структурних модифікацій (типу MGZN2 та MGCU2). Показано, що диспропорціонування ZRCR2 (структура типу MGZN2) починається за =3 МПА з утворенням гідриду вихідної фази та виділенням хрому і гідриду цирконію. Повністю сплав диспропорціонує за витримки 3 год при 860 °С, або за початковому тиску водню =5 МПА. Нагрів у вакуумі продуктів часткового диспропорціонування сполуки ZRCR2 приводить до відновлення вихідної фази. Аналогічна обробка продуктів повного диспропорціонування завершується утворенням сполуки ZRCR2 зі структурою типу MGCU2. У випадку сполуки ZRCR2 структурного типу MGCU2 вона розпадається на e-ZRHX та Cr за температур 820 та 775 °С ( =3 та 5 МПА відповідно) з подальшим відновленням вихідної фази нагрівом продуктів диспропорціонування у вакуумі.

2. Вперше показано, що заміщення цирконію на титан зменшує швидкість фазових перетворень у сполуці ZRCR2 при нагріві у водні. Повний розпад сплаву Zr1-XTIXCR2 на e-ZRHX, ТІНХ та Cr має місце після 4 і 17 год витримки (для x=0,1 і 0,2 відповідно) при 950 °С за =5 МПА.

3. Вперше встановлено, що фазові перетворення у системі ZRCRNI-H2 при =5 МПА розпочинаються при 535 °С з утворенням гідриду вихідної фази Лавеса зі структурою типу MGZN2, Cr та e-ZRHX. Після нагріву до 675 °С утворюються e-ZRHX, ZRNI3 та Cr; за температури вище 790 °С: e-ZRHX, Zr2Ni7 та Cr; вище 820 °С: e-ZRHX, Zr2Ni7, Zr2Ni та Cr.

4. В залежності від максимальної температури обробки отримано сплав з різним співвідношенням основних та вторинних фаз: фази Лавеса зі структурою типу MGZN2 та MGCU2, ZRNI, Cr, Zr9Ni11 і Zr7Ni10. Встановлено, що обробка у водні гомогенізує сплав ZRCRNI.

5. Покращення активованості металогідридних електродів на основі сполуки ZRCR2 зумовлене сумісним впливом двох процесів - відновленням оксидних плівок у водні та гомогенізацією внаслідок застосування ГДДР.

6. Оптимізовано параметри проведення процесу ГДДР та механохімічного помелу сплаву ZRCRNI у водні та видано рекомендаціїї щодо практичного впровадження отриманих результатів.

РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Features of the HDDR process in ZRT2 (T = Cr, Mn, Fe, Co) compounds // J. Alloys and Compounds. - 2004. -Vol.367. - P. 283-288.

2. Булик І. І., Басараба Ю. Б., Тростянчин А. М. Вплив титану на спричинені воднем перетворення у фазах Лавеса на основі цирконію // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - № 6. - С. 67-72.

3. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Dovhyj Ya. O. Influence of Ti on the hydrogen-induced phase-structure transformations in the ZRCR2 intermetallic compound // Intermetallics. - 2006. - Vol.14. - P. 735-741.

4. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Effect of hydrogen on the phase-structure transformations in ZRCRNI alloy // J. Alloys and Compounds. - 2004. - Vol.376. - P. 95-104.

5. Булик І. І., Басараба Ю. Б., Тростянчин А. М., Давидов В. М. Диспропорціонування у водні та рекомбінування фаз Лавеса цирконію з хромом // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - № 3. - С. 101-108.

6. Булик І. І., Басараба Ю. Б. Вплив водневої обробки на розрядні властивості електродів зі сплаву ZRCRNI // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - № 5. - С. 49-54.

7. Пат. 51233 Україна, МКІ С22F1/18, 1/02. Спосіб гомогенізації інтерметалічних сполук гідридоутворюючих металів: Пат. 51233 Україна, МКІ С22F1/18, 1/02 Булик І. І., Федоров В. В., Тростянчин А. М, Басараба Ю. Б., Синюшко В. Г. (Україна); Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка. - № 2002020928; Заявл. 05.02.2002; Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9. - 4 с.

8. Булык И. И., Федоров В. В., Тростянчин А. Н., Басараба Ю. Б., Сынюшко В. Г. Гомогенизационный отжиг интерметаллических соединений гидридообразующих металлов в водороде // Сборник докладов 3-й Междунар. конф. “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов” (ОТТОМ-3). - Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ “Контраст”, 2002. - Часть 1. - С. 186-190.

9. Panasyuk V. V., Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Hydrogen-induced phase-structure transformations in Zr1-XTIXCR2 (x=0.1, 0.2) alloys // Proceedings Of the Fourth International Conference “HTM-2004”.-Donetsk-Svyatogorsk (Ukraine), 2004. - P. 155-159.

10. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Features of HDDR process in ZRT2 (T=Cr, Mn, Fe, Co) compounds // Collected abstracts VIII International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic compounds. - Lviv (Ukraine), 2002. - P. 20.

11. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M., Davydov V. M. Effect of hydrogen on the phase-structure transformations in ZRCRNI alloy // VIII International Conference “Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials” (ICHMS’2003). - Sudak (Ukraine), 2003. - P. 276-277.

12. Bulyk I. I., Panasyuk V. V., Trostianchyn A. M., Basaraba Yu. B. Features of high hydrogen pressure HDDR process in functional materials // Abstracts International Symposium on Metal-hydrogen Systems, Fundamentals & Applications. - Cracow (Poland), 2004. - P. 133.

13. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Influence of Ti on the hydrogen-induced phase-structure transformations in the ZRCR2 intermetallic compound // XI International Conference “Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials” (ICHMS’2005). - Sevastopol’ (Ukraine), 2005. - P. 266-267.

14. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Hydrogen-induced phase transformations in ZRCRNI alloys // Collected abstracts ІХ International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic compounds. - Lviv (Ukraine), 2005. - P. 143.