Анализ процессов диффузии водорода в металлах и сплавах с кристаллическим беспорядком

• Автор: Гапонцев, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Обзор эксперимента

1.1 Специфика диффузии водорода

1.1.1 Диффузия водорода в металлах и сплавах

1.1.2 Диффузия водорода в аморфных и нанокристаллических

материалах

1.2 Экспериментальные методы исследования диффузии водорода

1.2.1 Изучение диффузии водорода в неравновесных условиях . .

1.2.2 Изучение диффузии водорода в равновесных условиях

Выводы
2. Теоретические представления
2.1 Метод случайных блужданий
2.2 Химическая диффузия водорода
2.2.1 Модель ловушек
2.2.2 Метод конфигурационных сумм
2.2.3 Системы с кристаллическим беспорядком
Выводы
3. Модель диффузии водорода в системах с беспорядком
3.1 Общий формализм
3.2 Конкретизация структурных параметров
3.2.1 Сплавы с химическим беспорядком

Оглавление
3.2.2 Аморфные системы
3.2.3 Частично-кристаллические сплавы
3.3 Потенциальный рельеф атомов водорода
Выводы
4. Анализ результатов
4.1 Аморфные сплавы
4.1.1 Случай малых концентраций водорода
4.1.2 Сравнение с теорией Киркхейма
4.2 Водород в «двухфазных» системах
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Данная работа целиком посвящена рассмотрению диффузии водорода в объемных неупорядоченных металлах и сплавах. Вопросы хранения водорода, водородной обработки и его диффузии в других системах (полупроводниках, пленках и т.д.) также представляют немалый интерес, они отражены в публикациях [1-3], содержащих обширную библиографию. Специфика диффузии водорода в кристаллически неупорядоченных металлах и сплавах позволяет выделить исследования в этой области в отдельное русло.
Изучение переноса водорода в неупорядоченных металлических системах стимулируется причинами как технического, так и фундаментального характера. Технические приложения связаны с традиционным интересом к системам металл-водород в области атомной энергетики (использование гидридов металлов в конструктивных элементах ядерных реакторов [4]), порошковой металлургии и очень широкого круга задач так называемой «водородной» энергетики. Последняя приобретает в наше время все большее значение в экологии [5]. Важнейшие из ее задач это:
а) очистка газообразного водорода (сплавы палладия с высокой проницаемостью, применяемые в качестве мембран [6,7]);
б) хранение водорода в виде гидридов металлов [8] (сплавы на основе титана, циркония и магния, обратимо поглощающие большое количество водорода; особо отметим нанокристаллический сплав поглощающий при
комнатных температурах гораздо больше водорода, чем его поликристалли-ческий аналог [9]; есть попытки применения в этой области и аморфных модификаций перечисленных материалов);
Химическая диффузия водорода
Глава
Модель Киркхейма, примененная к разбавленным бинарным сплавам, предпо-
а) междоузлия, по которым перемещаются атомы примеси можно разбить на два класса: нормальные позиции и ловушки - междоузлия, в которых энергия протона на — £* меньше, чем в нормальных позициях. Возникновение ловушек (в общем случае это могут быть препятствия с —£/ < 0) ассоциируется с наличием в металле атомов легирующего элемента;
б) корреляция в расположении ловушек отсутствует;
в) энергия в перевальных точках между различными типами позиций одинакова;
г) существует локальное равновесие, при котором заселенность пор атомами водорода описывается распределением Ферми-Дирака
где І = 1,2 означает тип междоузлия (нормальная пора, ловушка), Є і -энергия протона в междоузлии типа І;
д) вероятность перехода І —> ] пропорциональна частотному фактору вида (1.1), где энергия активации равна разности энергий в перевальной точке и и произведению V,-
Тогда, в нулевом приближении по концентрации водорода было получено следующее выражение для коэффициента диффузии:
лагает:

(2.9)
^ 1 + ехр {/?(£, - р)} '
Г)си —

(2.10)
где О0 - коэффициент диффузии в чистом металле, С® - концентрация (доля)
ловушек.