Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства

Показано, что отожженный, малодефектный гидрид палладия, полученный путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазного состояния, является малопрочным и высокопластичным материалом. При насыщении палладия водородом при температуре ниже критической (292 °С) в системе палладий–водород име...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автор:	Жиров, Г.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2003
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167985
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства / Г.И. Жиров // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 2. — С. 71-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-167985
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1679852020-04-19T01:25:48Z Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства Жиров, Г.И. Показано, что отожженный, малодефектный гидрид палладия, полученный путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазного состояния, является малопрочным и высокопластичным материалом. При насыщении палладия водородом при температуре ниже критической (292 °С) в системе палладий–водород имеет место развитие гидридного α→β-фазового превращения по механизму зарождения и роста. Полученный таким образом гидрид палладия является высокопрочным и малопластичным материалом вследствие того, что в процессе образования гидридная β-фаза претерпевает сильный водородофазовый наклеп в результате развития гидридного α→β-фазового превращения. It is shown that annealed low-defective hydride of palladium, which was obtained by the hydrogenation of pure palladium «out» the two-phase state cupola, is the low-durable and high-plastic material. During the hydrogenation of palladium beneath the critical temperature (292 °C) there takes place а hydride α→β phase transformation by the mechanism of nucleation and growth in palladium–hydrogen system. And the palladium hydride obtained by this way is high-durable and low-plastic material as a result of the existence of powerful hydrogen-phase-naklep during the hydride α→β phase transformation 2003 Article Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства / Г.И. Жиров // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 2. — С. 71-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 64.80.-v, 81.40.-z http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167985 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Показано, что отожженный, малодефектный гидрид палладия, полученный путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазного состояния, является малопрочным и высокопластичным материалом. При насыщении палладия водородом при температуре ниже критической (292 °С) в системе палладий–водород имеет место развитие гидридного α→β-фазового превращения по механизму зарождения и роста. Полученный таким образом гидрид палладия является высокопрочным и малопластичным материалом вследствие того, что в процессе образования гидридная β-фаза претерпевает сильный водородофазовый наклеп в результате развития гидридного α→β-фазового превращения.
format	Article
author	Жиров, Г.И.
spellingShingle	Жиров, Г.И. Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства Физика и техника высоких давлений
author_facet	Жиров, Г.И.
author_sort	Жиров, Г.И.
title	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
title_short	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
title_full	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
title_fullStr	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
title_full_unstemmed	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
title_sort	отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2003
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167985
citation_txt	Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства / Г.И. Жиров // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 2. — С. 71-82. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT žirovgi otožžennyjivodorodofazonaklepannyjgidridpalladiâmetodikipolučeniâimehaničeskiesvojstva
first_indexed	2025-07-15T02:10:00Z
last_indexed	2025-07-15T02:10:00Z
_version_	1837677077297364992
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 71 PACS: 64.80.v, 81.40.z Г.И. Жиров ОТОЖЖЕННЫЙ И ВОДОРОДОФАЗОНАКЛЕПАННЫЙ ГИДРИД ПАЛЛАДИЯ: МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Донецкий национальный технический университет 83000, г. Донецк, ул. Артема, 58 E-mail: goltsov@physics.dgtu.donetsk.ua Статья поступила в редакцию 21 февраля 2003 года Показано, что отожженный, малодефектный гидрид палладия, полученный путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазного состояния, является малопрочным и высокопластичным материалом. При насыщении палладия водоро- дом при температуре ниже критической (292С) в системе палладий–водород име- ет место развитие гидридного -фазового превращения по механизму зарожде- ния и роста. Полученный таким образом гидрид палладия является высокопрочным и малопластичным материалом вследствие того, что в процессе образования гид- ридная -фаза претерпевает сильный водородофазовый наклеп в результате разви- тия гидридного -фазового превращения. Введение Для системы палладий–водород (рис. 1) характерно наличие критической точки (Тк = 292С, Рн2кр = 1,97 МПа), выше которой имеет место непрерыв- ный ряд твердых растворов внедрения водорода в палладии [1]. Ниже крити- ческой точки Тк наблюдается расслоение твердого раствора внедрения, и на диаграмме состояния существуют области разбавленных твердых растворов водорода в ГЦК-решетке палладия (-фаза), концентрированных твердых растворов водорода в ГЦК-решетке палладия (-фаза) и двухфазная ()- область, граница которой имеет форму купола. Как видно из рис. 1, -фаза системы Pd–H, которую по историческим при- чинам называют гидрид палладия [2], может быть получена при насыщении палладия водородом двумя принципиально различными путями: 1) «в обход» купола двухфазного состояния [3], когда при определенных ус- ловиях можно получить хорошо отожженный, малодефектный гидрид палла- дия; 2) в условиях, когда фигуративная точка сплава PdHx проходит через двухфазную ()-область. При этом в сплаве PdHx развивается прямое гид- ридное -фазовое превращение по диффузионно-коопера-тивному меха- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 72 низму [5]. Из-за разницы удельных объемов превращающихся - и -фаз (до 10,59% при 20С) в сплаве возникает водородофазовый наклеп [4,5]. Соот- ветственно при полном (100%-ном) развитии гидридного фазового превра- щения имеет место формирование водородофазонаклепанного гидрида пал- ладия. Изменение механических свойств палладия в результате водородофазо- вого наклепа при многократно повторяющихся -фазовых превраще- ниях было изучено ранее и подробно описано в [5]. Однако до настоящего времени оставались неизвестными механические свойства гидрида палладия, полученного путем однократного -превращения или без такового «в об- ход» купола двухфазного состояния. Результаты таких исследований пред- ставляют особый интерес с точки зрения использования палладия и его спла- вов как функциональных материалов водородной энергетики. В связи с вы- шесказанным в настоящей работе были поставлены следующие задачи: 1) изучить механические свойства отожженного, малодефектного гидрида палладия, полученного по методике [3], когда палладий насыщается водоро- дом при температурах выше критической точки системы палладий–водород, где не развивается гидридное -фазовое превращение и, соответственно, не имеет места водородофазовый наклеп; 2) исследовать развитие и структурный механизм прямого гидридного -фазового превращения с использованием методики видеозаписи изме- нений полированной поверхности палладия при его насыщении водородом при 170С, т.е. при такой температуре, при которой процесс взаимодействия палладия с водородом осуществляется уже достаточно быстро; 3) изучить механические свойства водородофазонаклепанного гидрида палладия, полученного насыщением палладия водородом при 170С с пол- ным 100%-ным развитием гидридного -фазового превращения. 1. Материал и методика эксперимента Материалом для исследования служил палладий (99,98%) в виде проволо- ки диаметром 0,5 мм; содержание примесей, %: Pt – 0,009; Rh – 0,002; Рис. 1. Равновесная фазо- вая диаграмма состояния системы PdH [1] и схемы насыщения палладия водо- родом до гидридного со- стояния «в обход» купола двухфазного состояния (1234) и с развитием гидридного -фазового превращения (156 784). I и II  изобары 0,18 и 2,3 МПа Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 73 Fe – 0,002; Ir, Au, Ni, In, Si – не более 0,0001. Развитие прямых -гидридных фазовых превращений в отожженном палладии изучали в водородо-вакуумной установке ВВУ-2 на образцах П-образной формы [3]. Для исследования развития -превращения образ- цы предварительно отжигали при 1000С в течение 0,5 ч (величина зерна со- ставляла около 150 мкм). Установка ВВУ-2 и методика изучения гидридных фазовых превращений in situ с видеозаписью процессов, а также дальнейшим компьютерным анализом микровидеозаписи превращения описаны в работе [6]. Для исследования механических свойств гидрида (-фазы) палладия ис- пользовали его проволочные образцы ( 0,5 мм, длина 165 мм). В состоянии поставки (деформация 95%) их отжигали при 750С в течение 0,5 ч, после чего величина зерна составила ~ 50 мкм. Отожженные образцы насыщали водородом на модернизированной водородо-вакуумной установке ВВУ-3. Установка позволяет осуществлять водородную обработку образцов больших размеров (длиной до 200 мм) при давлениях газообразного водорода до 4 МПа и при температурах до 1100С. Процесс насыщения водородом в ВВУ-3 контролировали путем измерения электросопротивления образца-свидетеля длиной 45 мм. Механические свойства образцов определяли на разрывной машине РМУ- 0,051, предназначенной для проведения испытаний на растяжение и разрыв с усилием до 50 кг. Длина рабочей части образцов составляла 100 мм. Перед проведением механических испытаний на их рабочую часть наносились метки с шагом 5 мм. Растяжение образцов проводили при посто- янной скорости перемещения подвижного зажима разрывной машины 10 мм/мин, при пределе шкалы нагрузки, равной 10 кг. По результатам испы- таний (не менее трех образцов на эксперимент) определяли механические характеристики палладия и его гидрида: предел прочности в, Н/мм2; предел текучести 0,2, Н/мм2; относительное удлинение , %. 2. Результаты эксперимента 2.1. Механические свойства палладия Использованный в работе палладий в нагартованном состоянии (95% де- формации) имел следующие механические характеристики: в = 297 Н/мм2; 0,2 = 224 Н/мм2;  = 1,1%. После отжига при 750С (0,5 ч) произошли сле- дующие изменения: в = 188 Н/мм2; 0,2 = 38 Н/мм2;  = 33%. Эти результаты хорошо согласуются с литературными данными [7] и сви- детельствуют о том, что использованный в работе палладий вследствие его высокой чистоты в отожженном состоянии имеет низкие прочностные свой- ства и весьма высокую пластичность. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 74 2.2. Методика получения и механические свойства отожженного гидрида палладия Технология получения отожженного, малодефектного гидрида палладия путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазной области была разработана в ДонНТУ [8,9]. Было установлено [9], что если скорость повышения давления водорода в водородо-вакуумной установке превышает 1,0 МПа/с, то при 300–350С име- ет место сдвиг зерен палладия. Если же насыщение водородом при этих тем- пературах осуществляется при скоростях подачи водорода менее 0,2 МПа/мин, то полированная поверхность палладия остается неизменной. Это свидетельствует о том, что внутренняя пластическая деформация при таком режиме не развивается и металл после его насыщения водородом оста- ется в исходном отожженном, малодефектном состоянии. В связи с вышесказанным отожженные (750С, 0,5 ч) палладиевые прово- лочные образцы ( 0,5 мм, длина 165 мм) обрабатывали в установке ВВУ-3 по нижеописанному режиму. После помещения образцов в рабочую камеру ВВУ-3 (рис. 1, т. 1) и вакуумирования образцы нагревали до температуры 350С (т. 2), что на 58С выше Тк. После достижения 350С в рабочую камеру напускали газообразный водород со скоростью 0,1– 0,2 МПа/мин. Фигуративная точка системы соответственно перемещалась от т. 2 к т. 3. После достижения давления Рн2 = 2,3 МПа при Т = 350С (т. 3 на изобаре I) делали выдержку (10 мин) с целью выравнивания концентрации водорода по сечению образцов. Затем при постоянном давлении водорода 2,3 МПа образцы охлаждали со скоростью 2–4С/мин до комнатной температу- ры (движение по изобаре I от т. 3 к т. 4). Таким образом, двигаясь по изобаре 2,3 МПа, фигуративная точка системы попадала за купол двухфазной области системы Pd–H. Медленная скорость охлаждения обеспечивала отсутствие генерации внутренних термических и водородных концентрационных на- пряжений. После охлаждения до комнатной температуры (т. 4) водород откачивали из камеры со скоростью 0,05–0,1 МПа/мин и об- разцы вынимали из установки. В целом разработанная методика насыщения палладия водородом, когда фигуративная точка системы движется «в обход» купола двухфазной области системы Pd–H, позволяет получать отожжен- ный, малодефектный гидрид палладия, не претерпевший прямое - превращение и не подвергнутый, таким образом, водородофазовому наклепу. Полученные сплавы палладия с водородом в состоянии -фазы (гидрида) со- гласно диаграмме состояния [1] имели состав PdH0,69 (т.е. на каждые 100 атомов палладия в сплаве приходится 69 атомов водорода). Механические испытания были выполнены немедленно после извлечения образцов из рабочей камеры ВВУ-3. Контрольные измерения удельного элек- тросопротивления до и после испытаний подтвердили, что во время испыта- ний содержание водорода в сплавах не изменялось. Оказалось, что получен- ный по вышеописанной технологии отожженный, малодефектный гидрид палладия (PdH0.69) имеет следующие механические свойства: в = = 200 Н/мм2; 0,2 = 31 Н/мм2;  = 34%. Удивительный результат здесь состо- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 75 ит в том, что полученный гидрид палладия является высокопластичным и малопрочным материалом: его механические свойства в целом близки к свойствам чистого отожженного палладия. При этом гидрид палладия по сравнению с чистым палладием имеет предел прочности на 6% выше, услов- ный предел текучести ниже на ~ 22%, а относительное удлинение практиче- ски соответствует уровню отожженного палладия. Этот нетривиальный ре- зультат (обычно гидриды рассматриваются как высокохрупкие материалы [10]) будет обсужден ниже. 2.3. Гидридное -превращение, методика получения и механические свойства водородофазонаклепанного гидрида палладия При насыщении палладия водородом при температурах ниже Тк = 292С (рис. 1) фигуративная точка системы неизбежно проходит через двухфазную ()-область диаграммы состояния системы Pd–H. Иными словами, в данном случае при насыщении палладия водородом имеет место гидридное - фазовое превращение, развивающееся путем зарождения и роста зародышей [13]. Как известно [4,5], развитие гидридных превращений вызывает развитие водородофазового наклепа палладия. Водородофазовый наклеп состоит в том, что при насыщении и развитии -гидридных фазовых превращений металлы и сплавы сильно упрочняются и изменяются все их физические свойства [4,5]. Это обусловлено тем, что в про- цессе -гидридного превращения из-за разности удельных объемов превра- щающихся фаз и наличия градиентов концентрации водорода имеет место воз- никновение и релаксация больших внутренних напряжений, развивается внут- ренняя пластическая деформация, что ведет к росту плотности дислокаций, из- мельчению и развороту блоков мозаики и т.д. [11]. К настоящему времени уже достаточно хорошо изучено упрочнение пал- ладия в результате водородофазового наклепа с последующей эвакуацией водорода из металла [5]. Подробно исследованы механические свойства двухфазных ()-сплавов палладия с водородом [5]. Однако остаются не изученными свойства однофазных -гидридов палладия, полученных путем насыщения металла водородом со 100%-ным развитием -гидридного фазового превращения. Иными словами, до настоящего времени свойства водородофазонаклепанного гидрида палладия оставались не исследованны- ми. В соответствии с вышесказанным далее для конкретно выбранных усло- вий (Т = 170С, Рн2кр = 0,18 МПа) сначала изучали насыщение палладия во- дородом с развитием прямого -гидридного фазового превращения до формирования 100%-ного -гидрида палладия. Затем исследовали механиче- ские свойства водородофазонаклепанного гидрида палладия. 2.3.1. Структурный механизм и морфологические особенности прямого -гидридного фазового превращения. П-образный образец палладия с подготовленным металлографическим шлифом монтировали в установку ВВУ-2 и первоначально нагревали в вакууме до 170С (рис. 1, т. 5). Далее при этой температуре в рабочую камеру установки напускали водород и по- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 76 степенно повышали его давление со скоростью 0,1–0,2 МПа/мин до критиче- ской величины (Рн2кр = 0,18 МПа), соответствующей т. 6 на бинодали систе- мы Pd–H со стороны -области. Важно, что до этого момента на поверхности шлифа не фиксировались какие-либо изменения и поверхность шлифа оста- валась плоской, как это хорошо видно на рис. 2,а. Как было показано в работах [3,6], для того чтобы далее стало развиваться -превращение, необходимо некоторое дополнительное повышение дав- ления водорода для появления термодинамического стимула развития пре- вращения. Поэтому далее медленно (со скоростью 0,1–0,15 МПа/мин) увели- чивали давление водорода. Когда оно стало равным 0,3 МПа, т.е. когда пре- вышение критического значения давления для данной температуры (170С) достигло Рн2 = 0,12 МПа, на шлифе образца были замечены первые изме- нения. Момент появления этих изменений был принят за нулевую точку от- счета времени превращения. Далее давление 0,3 МПа поддерживалось посто- янным, и развитие превращения изучали в изотермическиизобарических условиях (Т = 170С, Рн2 = 0,3 МПа). Первые изменения на полированной поверхности палладиевого шлифа, вызванные -превращением, представлены на рис. 2,б. Здесь стрелками 1 показаны выделения -фазы, уже достаточно хорошо различимые. Другие - выделения (стрелка 2), зародившиеся, видимо, позже, имеют меньшие разме- ры. Дальнейшее наблюдение показало, что из выделения 2 (рис. 2,б) по мере того, как оно развивалось, произошел «выброс» гидридного отростка (указан стрелкой 3 на рис. 2,в), который стал очень быстро увеличиваться в направ- лении выброса и уже по прошествии 8 с приобрел вполне отчетливую вытя- нутую форму (стрелка 4, рис. 2,г). После этого скорость его роста замедли- лась (рис. 3, кривая 2), и по прошествии 11 с произошло полное торможение быстрого роста в направлении первоначального выброса. В последующем этот гидрид увеличивался во всех направлениях со средней скоростью (~ 1,2 мкм/с), характерной для разнонаправленного роста других гидридных выде- лений (рис. 3, кривая 1). Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 77 а г б д в е Рис. 2. Развитие -гидридного фазового превращения в приповерхностных слоях сплавов PdHx при Т = 170С, Рн2кр = 0,18 МПа во времени, с: а – 0, б – 10, в – 13, г – 22, д – 55, е – 300 Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 78 На рис. 2,д (55 с от начала превращения) видны уже вполне оформившие- ся «большие» гидридные выделения (около 38% превращения), которые да- лее растут, постепенно увеличиваясь в основном в поперечном направлении. Скорость роста при этом составляет ~ 1,2 мкм/с. Рис. 3. Скорость роста гидридных выделений в процессе развития -превра- щения при Т = 170С, Рн2 = const = 0,3 МПа: 1 – средняя скорость разнонаправленно- го роста массивных гидридных выделений; 2 – скорость направленного роста - гидридного отростка, показанного на рис. 2 стрелками 2, 3, 4 По прошествии 5 мин превращение в приповерхностных слоях металла завершается, и гидридные выделения смыкаются между собой (рис. 2,е). В результате -превращения поверхность металла претерпевает необрати- мую деформацию. Далее в результате продолжающегося в объеме металла превращения до его полного завершения на деформированной поверхности металла появляется система полос скольжения, которая при просмотре ви- деозаписи различима достаточно отчетливо, а на фотографии (рис. 2,е) слабо различима. Итак, подведем итог. Как было описано в разд. 2.2, при медленном насыщении палладия водородом выше критической точки системы Pd–H поверхность шлифа остается неизменной, свидетельствуя о сохранении отожженной, малодефектной структуры при получении -гидрида палладия «в обход» купола двухфазной облас- ти. Напротив, если насыщение палладия осуществляется с прохождением через двухфазную ()-область и развитием прямого -гидридного фазового превращения, то фиксируются необратимые изменения поверхности шлифа (рис. 2), вызванные зарождением и ростом выделений -фазы, имеющей больший удельный объем. Совершенно очевидно, что гидрид, получаемый при насыщении палладия водородом с прохождением через двухфазную об- ласть и развитием -гидридного фазового превращения, подвергается при этом водородофазовому наклепу. Представляло интерес далее выяснить, ка- ковы будут при этом механические свойства полученного таким образом гидрида палладия. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 79 2.3.2. Механические свойства водородофазонаклепанного гидрида палла- дия. Проволочные образцы палладия длиной 165 мм помещали в рабочую камеру, которую вакуумировали и затем нагревали до температуры 170С (см. рис. 1, т. 5). По окончании выдержки в камеру медленно (0,1– 0,2 МПа/мин) напускали газообразный водород до критического давления Рн2кр = 0.18 МПа. После достижения критического давления делали выдерж- ку с целью выравнивания концентрации водорода по сечению образцов, что подтверждалось стабилизацией электросопротивления образца-свиде-теля. Для инициации прямого гидридного превращения давление водорода в каме- ре повышали на 0,15 МПа выше Рн2кр (0,18 МПа) со скоростью 0,1–0,15 МПа/мин. Развитие -превращения оценивали по изменению удельного электросопротивления образца-свидетеля. По завершении -гидридного превращения (т. 7), при котором прекращается рост удельного электросопро- тивления образца-свидетеля, давление водорода медленно повышали до 2,3 МПа (т. 8). Затем напуск водорода прекращали и производили выдержку с целью выравнивания концентрации по сечению образцов. При постоянном давлении водорода, равном 2,3 МПа, вели охлаждение камеры со скоростью 2–4С/мин (т. 8  т. 4). После охлаждения до комнатной температуры (т. 4) откачивали водород из камеры со скоростью 0,05–0,1 МПа/мин и образцы вынимали из камеры. Механические испытания образцов, претерпевших 100%-ное фазовое пре- вращение, подтвердили тот факт, что при обработке имел место сильный во- дородофазовый наклеп и, соответственно, водородофазонаклепанный гидрид палладия характеризовался высокими прочностными свойствами: в = 243 Н/мм2; 0,2 = 178 Н/мм2 при практически полной потере пластично- сти  = 1,8%. Таким образом, гидрид палладия, полученный путем насыщения палладия водородом с развитием гидридного -фазового превращения и водородо- фазового наклепа, является высокопрочным и малопластичным материалом. Его механические свойства вполне сопоставимы с вышеприведенными свой- ствами исходного сильно (95%) деформированного палладия. 3. Обсуждение результатов Рассмотрим полученные экспериментальные результаты в свете историче- ского развития представлений о природе гидридов. Термин «гидрид» был введен в химии [12] для химических соединений водорода с металлами, по- добно тому как карбид, борид, нитрид – для соединений металлов с углеро- дом, бором и азотом. Химические соединения обычно имеют точный стехио- метрический состав. Поскольку для них характерно преобладание ковалент- ной (или ионной) связи, они обычно являются высокохрупкими материалами. Гидриды переходных металлов, и в частности гидрид палладия, не вписы- ваются в эти представления [13]. Прежде всего, гидрид палладия имеет ши- рокую область растворимости водорода. Соответственно, многие исследова- тели, используя термин «гидрид палладия», рассматривают его как концен- трированный твердый раствор внедрения водорода в палладии. Экспериментальные факты, полученные в настоящей работе, подтвер- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 80 ждают правильность такого вывода. А именно, гидрид палладия по своей фи- зической природе не является химическим соединением металла с водоро- дом, это есть концентрированный твердый раствор внедрения водорода в палладии переменного состава, имеющий все признаки металлического спла- ва: характерный металлический блеск, высокую (металлическую) электро- проводность, которая с ростом температуры уменьшается, и высокую метал- лическую пластичность. Ясно, что гидрид палладия, будучи металлическим материалом, может быть подвергнут обработкам, характерным для металлов: водородофазовому наклепу, внешней пластической деформации, последую- щей рекристаллизации и т.д. В заключение отметим, что водородофазовый наклеп палладия [11] со- провождается сильным ростом плотности дислокаций (вплоть до 1011 см), измельчением блоков мозаики и возникновением больших внутренних на- пряжений. Очевидно, что эти же факторы ответственны за упрочненное со- стояние водородофазонаклепанного гидрида палладия, обнаруженное в на- стоящей работе. И, наконец, необходимо подчеркнуть, что экспериментально установленная высокая пластичность отожженного, малодефектного гидрида палладия, а также возможность упрочнять его путем водородофазового на- клепа при гидридных превращениях открывают новые перспективы и на- правления в практическом использовании этого металлического материала. Выводы 1. Установлено, что отожженный, малодефектный гидрид палладия (-фаза палладия), полученный путем насыщения палладия водородом «в обход» купола двухфазного состояния, является высокопластичным металли- ческим материалом с невысокими прочностными свойствами: в = = 200 Н/мм2; 0,2 = 31 Н/мм2;  = 34%. 2. Подтверждено, что прямое гидридное -фазовое превращение в сис- теме палладий–водород развивается по механизму зарождения и роста заро- дышей [3]. -выделения имеют неравноосную форму и растут по всем на- правлениям со скоростями 1,1–1,6 мкм/с. Иногда отдельные -выделения «выбрасывают» гидридные отростки, которые растут первоначально в строго определенном направлении и с весьма большой скоростью – до 13,7 мкм/с. 3. Установлено, что гидрид палладия, полученный путем насыщения пал- ладия водородом с развитием прямого гидридного -фазового превраще- ния, претерпевает водородофазовый наклеп, сильно упрочняется, а его пла- стичность, соответственно, значительно уменьшается: в = 243 Н/мм2; 0,2 = 178 Н/мм2;  = 1,8%. 4. Подтверждено, что гидрид палладия не является химическим соедине- нием типа карбидов, боридов, нитридов. Он обладает всеми характерными металлическими свойствами: металлическим блеском, высокой металличе- ской электропроводностью, уменьшающейся с ростом температуры, высокой пластичностью. Гидрид палладия может быть подвергнут всем обработкам, характерным для металлических материалов: пластической деформации, во- дородофазовому наклепу, рекристаллизации и т.д. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 81 1. Э. Вике, Х. Бродовский, в кн.: Водород в металлах, Г. Алефельд, И. Фелькль (ред.), Мир, Москва (1981), т. 2, с. 100. 2. F. Lewis, in: Progress in Hydrogen Treatment of Materials, V.A. Goltsov (ed.), Kassiopeya Ltd, Donetsk (2001), ñ. 147–160. 3. M.V. Goltsova, Yu.A. Artemenko, G.I. Zhirov, in: Progress in Hydrogen Treatment of Mate- rials, V.A. Goltsov (ed.), Kassiopeya Ltd, Donetsk (2001), ñ. 161–184. 4. V.A. Goltsov, Mater. Sci. Eng. 49, ¹ 2, 109 (1981). 5. В.А. Гольцов, в кн.: Взаимодействие водорода с металлами, А.П. Захаров (ред.), Нау- ка, Москва (1987), гл. 9, с. 264292. 6. Г.И. Жиров, М.В. Гольцова, ФММ 94, № 1, 70 (2002). 7. В.А. Гольцов, Н.И. Тимофеев, И.Ю. Мачикина, В.А. Кириллов, В.И. Громов, Ф.Н. Берсенева, С.Х. Курумчина, Журнал физической химии 54, 2865 (1980). 8. Yu.A. Artemenko, M.V. Goltsova, V.I. Zaitsev, Intern. J. Hydrogen Energy 22, 343 (1997). 9. М.В. Гольцова, Г.И. Жиров, ФММ 94, ¹ 3, 66 (2002). 10. Б.А. Колачев, Водородная хрупкость металлов, Металлургия, Москва (1985). 11. В.А. Гольцов, Б.А. Лобанов, ДАН СССР 283, 598 (1985). 12. А.Ф. Жигач, Д.С. Стасиневич, Химия гидридов, Химия, Москва (1969). 13. Х.Дж. Гольдшмидт, Сплавы внедрения, вып. 2, Мир, Москва (1971). G.I. Zhirov ANNEALED AND HYDROGEN-PHASE-HARDENED PALLADIUM HYDRIDE: PRINCIPLES OF OBTAINING AND MECHANICAL PROPERTIES It is shown that annealed low-defective hydride of palladium, which was obtained by the hydrogenation of pure palladium «out» the two-phase state cupola, is the low-durable and high-plastic material. During the hydrogenation of palladium beneath the critical tempera- ture (292C) there takes place а hydride  phase transformation by the mechanism of nucleation and growth in palladium–hydrogen system. And the palladium hydride obtained by this way is high-durable and low-plastic material as a result of the existence of powerful hydrogen-phase-naklep during the hydride    phase transformation. Fig. 1. Phase diagram of Pd–H system [1] and schemes of the hydrogenation by the way «out» the two-phase state cupola (1  2  3  4) and with the hydride    phase trans- formation evolution (1  5  6  7  8  4). I and II – 2,3 and 0,18 MPa isobars Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 2 82 Fig. 2. The evolution of the hydride  phase transformation in the subsurface layers of PdHx alloys at T = 170C, Рн2кр = 0,18 MPa in time, s: à – 0, á – 10, â – 13, ã – 22, ä – 55, å – 300 Fig. 3. The rate of growth of hydride precipitations during the processing of the hydride  phase transformation at T = 170C, Рн2 = const = 0,3 MPa: 1 – the average rate of undirected growth of hydride precipitations; 2 – the rate of directed growth of -hydride precipitation that is shown by arrows 2, 3, 4 in Fig. 2 ОТОЖЖЕННЫЙ И ВОДОРОДОФАЗОНАКЛЕПАННЫЙ �ГИДРИД ПАЛЛАДИЯ: МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ �И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ANNEALED AND HYDROGEN-PHASE-HARDENED PALLADIUM HYDRIDE: PRINCIPLES OF OBTAINING AND MECHANICAL PROPERTIES

Отожженный и водородофазонаклепанный гидрид палладия: методики получения и механические свойства

Репозитарії

Схожі ресурси