Физические основы формирования структуры и состава магниевых сплавов для обратимого хранения водорода

• Автор: Пинюгжанин, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление

Список обозначений

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Формы хранения водорода

1.2 Физические аспекты получения гидрида магния

1.3 Подготовка магния и его сплавов к обратимому насыщению водородом

1.3.1 Деформационное измельчение и текстурирование

1.3.2 Легирование добавками на основе переходных металлов

1.4 Постановка задачи

2 Материалы и методики исследования

2.1 Образцы для исследования
2.2 Механические испытания на одноосное сжатие
2.3 Оптическая микроскопия
2.4 Измерение микротвердости
2.5 Сканирующая электронная микроскопия
2.6 Равноканальное угловое прессование
2.7 Дифракционные методы изучения структуры и состава
2.7.1 Рентгеноспектральный анализ
2.7.2 Расчет величины областей когерентного рассеяния и микродеформаций
2.7.3 Исследование текстуры
2.7.4 Малоугловое нейтронное рассеяние
2.8 Вычисление факторов Шмида
2.9 Расчет электронного строения сплавов магния и переходного металла
3 Влияние деформации равноканальным угловым прессованием на микроструктуру магния и его сплавов
3.1 Характеристика магния и его сплавов в исходном состоянии
3.1.1 Состав и микроструктура
3.1.2 Деформационное поведение
3.1.3 Выбор материала для установления оптимальных условий деформации
3.2 Влияние количества циклов деформации

3.2.1 Размерные параметры микроструктуры, величина микроискажений и микротвердость
3.2.2 Зеренная структура
3.3 Влияние температуры деформации
3.3.1 Размерные параметры микроструктуры, величина микроискажений и микротвердость. Результаты рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии
3.3.2 Зеренная структура
3.3.3 Определение величины областей когерентного рассеяния методом малоуглового нейтронного рассеяния
3.3.4 Оценка плотности дислокаций
3.4 Механизмы и текстура деформации
3.4.1 Теоретическое рассмотрение
3.4.2 Анализ экспериментальных данных
3.5 Влияние природы упрочнения материала
4 Роль переходного металла (ниобия) как легирующего компонента для повышения скорости взаимодействия магния с водородом
4.1 Электронная структура и энтальпия формирования модельных сплавов Mg(Nb) и№(МЁ)
4.2 Энтальпия структурно-фазовых переходов в зоне контакта между магнием и ниобием в атмосфере водорода
4.3 Обобщение полученных результатов на сплавы магния с другими переходными металлами
Заключение
Список литературы

Список обозначений
Т - абсолютная температура Н- энтальпия фазового перехода ЛЛ' - энтропия фазового перехода
Ф - угол пересечения каналов матрицы для равноканального углового прессования
а - макроскопическая деформация
а - период элементарной ячейки кубической решетки или гексагональной решетки вдоль направления < 1 2 1 0 > с - период элементарной ячейки гексагональной решетки вдоль единичного направления < 0001 > с1 - размер зерна НУ -микротвердость X - длина волны излучения (рентгеновского или нейтронного) в - брэгговский или радиальный угол рассеяния О - размер областей когерентного рассеяния (г) - величина микроискажений кристаллического строения / - интенсивность рассеяния
<2 - модуль вектора рассеяния (нейтронного излучения)
/ - интенсивность рассеяния Ф - азимутальный угол рассеяния у(/•)- характеристическая функция, значение которой есть вероятность нахождения внутри области когерентного рассеяния двух точек на расстоянии г
о - нормальное напряжение р - фактор Шмида Е - полная энергия
Гпл - абсолютная температура плавления

рованной температуре в системе. На каждой кривой можно условно выделить три интервала - своеобразный «латентный» период (7 < т0), участок, характеризующийся сравнительно высокой скоростью превращения (т0 < ? < т5), и участок, где приращение количества поглощенного или выделенного водорода со временем стремится к нулю (/ > тй- Ясно, что на участке I > присутствующий в системе переходной металл уже не оказывает влияния на кинетику процесса, которая, по-видимому, определяется здесь числом, размером и взаимным расположением оформившихся ранее зародышей новой фазы. Поэтому степень положительного эффекта от введения различных переходных металлов можно сравнить, сопоставляя соответствующие величины т5, зарегистрированные при прочих равных условиях (рисунок 1.10).
%Н2 %Н
а) б)
Рисунок 1.9 - Общий вид кинетических кривых поглощения (а) и выделения (б) материалом водорода
Из диаграмм на рисунке 1.10 видно, что использование ниобия среди остальных переходных металлов обладает рядом отличительных особенностей. Так, сравнение кинетики поглощения (выделения) водорода после добавления к магнию различных переходных металлов показывает, что скорость взаимодействия с водородом композитов ТУ^-ЫЬ, в зависимости от концентрации переходного металла и времени высокоэнергетического размола, как правило, может уступать только скорости взаимодействия с водородом сплавов магния и никеля. Однако темпы поглощения и выделения водорода этими сплавами могут оказаться существенно ниже при возникновении в процессе сплавления фазы М§2№.