Визначення мети, предмету та методів дослідження. Опис методики обладнання та проведення експериментів. Сплав ZrCrNi як основний об’єкт дослідження. Можливості застосування та вплив водневої обробки на розрядні характеристики і структуру сплаву ZrCrNi.
Аннотация к работе
Протягом останніх років у сучасному матеріалознавстві інтенсивно розвивається новий напрямок хіміко-термічної обробки конструкційних матеріалів, основою якого є використання водню як технологічного середовища, у якому проводять обробку. При цьому основне завдання гідридного матеріалознавства полягає як у розробці нових металогідридних матеріалів, так і у створенні технологічних процесів покращення експлуатаційних характеристик вже широко апробованих металогідридів. Однак, всебічна увага дослідників спрямована і на вивчення цирконієвих сплавів зі структурою фаз Лавеса, які володіють вищою розрядною ємністю, однак поступаються вказаним комерційним сплавам низькою швидкістю активації, тобто потребують проведення значної кількості циклів заряду-розряду для досягнення максимальної розрядної ємності.Розробити методологічні підходи до вивчення процесу ГДДР в металогідридних матеріалах та визначення їх зарядно-розрядних характеристик. Встановити особливості процесів ГДДР та Solid-ГДДР у сполуці ZRCR2 зі структурою фаз Лавеса двох типів MGZN2 (С14) та MGCU2 (С15). Встановити закономірності та фізичну природу фазових перетворень у сплавах системи Zr-Cr-Ni та їх вплив на зарядно-розрядні характеристики виготовлених з них металогідридних електродів. Видати рекомендації щодо умов комплексної водневої обробки сплавів на основі сполуки ZRCR2 для покращення їх зарядно-розрядних характеристик.Для отримання досліджуваних сплавів використовували метали наступної чистоти (масова частка основного компонента, %): Zr (99,5), Ti (99,5), Cr (99,99), Ni (99,9). Отриману шихту сплавляли в електродуговій печі на мідному водоохолоджуваному поді з використанням нерозпилюваного вольфрамового електроду у середовищі очищеного аргону за тиску 110-150 КПА. 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. Згідно з даними рентгенофазового аналізу, зразки вихідних сплавів ZRCR2 та Zr1-XTIXCR2 однофазні , мають гексагональну ґратку зі структурою типу MGZN2 (C14). Витримка при 860 °С протягом 3 год завершується повним розпадом вихідної фази (табл. Після десорбції-рекомбінації продуктів повного розпаду ZRCR2(С14) формується низькотемпературна фаза Лавеса з кубічною ґраткою (структурний тип MGCU2 (C15). Нагрів у вакуумі частково диспропорціонованої ZRCR2 (С14) завершується відновленням вихідної фази зі структурою типу С14.Оптимізовано умови і встановлено вплив механохімічного помелу та фазово-структурного стану сплаву на розрядні характеристики сформованих на його основі металогідридних електродів. Помел у планетарному млині є високопродуктивним способом подрібнення матеріалів, однак у випадку застосування його для отримання порошків електродних матеріалів існують вади, повязані зі зниженням максимальної розрядної ємності. На нашу думку, причина погіршення експлуатаційних характеристик зумовлена напруженнями, які виникають у матеріалі після помелу, та з частковими аморфізацією та диспропорціонуванням сплаву. Для усунунення негативних наслідків помелу проводили гомогенізуючу водневу обробку сплаву (процес ГДДР): нагрів до 610 °С у водні з наступним нагрівом до 950 °С у вакуумі. Такий помел у механічному млині у водні запобігає оксидуванню порошку сплаву, що забезпечує високу активованість електроду.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. 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.
План
Зміст
Вступ
1 Мета роботи
2 Опис методики обладнання та проведення експериментів
3 Вибір обєктів дослідження
4 Дослідження впливу водневої обробки на розрядні характеристики сплаву ZRCRNI
Висновки
Література
Вывод
1. 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.
Список литературы
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.