Диффузия и закономерности поведения водородной подсистемы в системах металл-водород

• Автор: Смирнов, Леонид Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Донецк
• Количество страниц: 327 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ МЕТАЛЛ-ВОДОРОД... Л7 1Л. Состояние водорода в металлах:

1.1.1. Электронная структура систем металл - водород

1.1.2. Распределение атомов водорода по междоузлиям

1.2. Разбавленные растворы водорода в металлах

1.2.1. Разновесные свойства

1.2.2. Теоретические представления о диффузии водорода в металлах

1.2.3. Диффузия в дефектных, неоднородных и неупорядоченных средах..

1.2.4. Диффузия водорода в упорядочивающихся сплавах

1.2.5. Экспериментальные данные по коэффициентам диффузии водорода в металлах
1.3. Концентрированные системы металл - водород
1.3.1. Взаимодействие Н - Н и фазовые диаграммы
1.3.2. Диффузия и фазовые переходы
1.3.3. Экспериментальные данные по гидридным превращениям
1.3.4. Диффузия в многокомпонентных системах
1.3.5. Диффузия в мембранах
1.4. О задачах и структуре диссертации. Применяемые приближения
ГЛАВА 2. РАВНОВЕСНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ МЕТАЛЛ - ВОДОРОД
2.1. Малые концентрации. Теплоемкость водородной подсистемы
2.2. Произвольные концентрации. Статистическая теория равновесия
в системе Рй-Ни Ьа№5 - Н
2.3. Влияние взаимодействия растворенных атомов Еодорода на прочность
и пластичность металлов
2.3.1. Распределение атомов водорода по междоузлиям и по дефектным позициям
2.3.2. Притяжение Н - Н: залечивание трещин

2.3.3. Отталкивание Н - Н: рост трещин
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ УРАВНЕНИЙ
3.1. Некоторые решения задачи Коши для линейного уравнения диффузии
3.2. Аналитические решения нелинейного уравнения диффузии
ГЛАВА 4. ДИФФУЗИЯ ВОДОРОДА В СПЛАВАХ ЗАМЕЩЕНИЯ
4.1. О механизме диффузии водорода в упорядочивающихся сплавах
с ОЦК решеткой
4.2. Диффузия в упорядочивающихся сплавах при произвольной степени заполнения междоузлий
4.2.1. Влияние вакансий на диффузию внедренных атомов в упорядочивающихся сплавах А - В - (С) с ОЦК решеткой
4.2.2. Диффузия внедренных атомов в тройных упорядочивающихся сплавах с ОЦК решеткой при любой степени заполнения междоузлий
4.3. Зависимость коэффициента диффузии внедренных атомов в неупорядоченных сплавах замещения от состава сплава в модели переменного объема
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ВОДОРОДНОЙ ПОДСИСТЕМЫ,
ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ Н - Н
5.1. Влияние химического и деформационного взаимодействия атомов водорода на их диффузию (приближение максимальной концентрации)
5.2. Концентрационная зависимость коэффициента диффузии
5.2.1. Применение метода конфигураций к расчету коэффициента диффузии внедренных атомов
5.2.2. Концентрационная зависимость коэффициента диффузии водорода в палладии
5.3. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металллической матрице
5.3.1. Идеальный многокомпонентный решеточный газ
5.3.2. Неидеальный многокомпонентный решеточный газ

ГЛАВА 6. ДИФФУЗИЯ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
МЕМБРАНЫ
6 Л. Нелинейные и перекрестные эффекты при диффузии водорода через
металлические мембраны
6.1.1. Влияние взаимодействия Н - Н на скорость проникновения
6Л .2. Проникновение водорода из газовой смеси
6.2. Влияние концентрационной зависимости коэффициента диффузии
на распределение и поток водорода а палладиевых мембранах
6.3. Диффузия в неизотермических мембранах
ГЛАВА 7. ДИФФУЗИОННАЯ ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ
КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В СИСТЕМАХ МЕТАЛЛ - ВОДОРОД
7.1. Волновое распространение концентрационных возмущений в гидридообразующих металлах
7.1.1. Конечная скорость распространения возмущений в однофазной системе
7.1.2. Симметрия относительно обращения Бремени и обратное движение фронта ках проявление фазового расслоения
7.2. Кинетика расслоения фаз в закрытой системе металл - водород
7.2.1. Приближенное аналитическое решение уравнения диффузии
7.2.2. Результаты численного решения нелинейного уравнения
7.3. Рост сформировавшихся неоднородностей в открытой системе Pd - Н
7.3.1. Расчет водородных напряжений
7.3.2. Кинеткха роста гидридного кластера
7.3.3. Зависимость скорости гидридного превращения от температуры
7.4. О критическом замедлении диффузии водорода
в системе палладий - водород
7.4.1. Методика и результаты эксперимента
7.4.2. Предварительный анализ результатов
7.4.3. Наблюдаемое торможение дегазации как проявление

достаточно низких температурах или больших сбоях 5а существенными становятся однофононные процессы; соответственно на самом начальном участке кривой Ц-Г.
К настоящему времени теория квантовой диффузии в неидеальных кристаллах полностью подтверждена целым рядом экспериментов для мюонов в металлах, атомов 3Не в твердом 4Не, а также для атомов Н в твердом Н2 [189-191].
1.2.4. Диффузия водорода в упорядочивающихся сплавах. Наибольшее число работ по диффузии водорода в сплавах посвящено выяснению влияния атомного упорядочения на диффузионные параметры. Это обусловлено прежде всего тем, что эффекты, связанные с упорядочением, очень сильно выражены (они могут достигать 100-150% и более).
Первые теоретические работы, посвященные влиянию упорядочения на диффузию атомов внедрения, были выполнены Кривоглазом и Смирновым [192, 193]. Из теории следует, что в сплавах, в которых упорядочение происходит ках фазовый переход первого рода (в ГЦК сплавах типа СизАи), при температуре, соответствующей этому переходу, происходит скачхообразиое изменение КД, а в сплавах, в которых упорядочение происходит ках фазовый переход второго рода (в О ЦК сплавах типа р-латуни), в точке перехода КД претерпевает излом (то есть происходит скачкообразное изменение энергии активации диффузии).
Основные результаты теории Кривоглаза и Смирнова были впоследствии экспериментально подтверждены при исследовании диффузии водорода и его изотопов в упорядочивающихся сплавах [194-197]. Следует отметить, что в теории фигурируют неизвестные энергетические параметры. Поэтому в работе [194] метод конфигураций был дополнен полуэмпирическим методом расчета энергии взаимодействия Ме - Н, в котором использовался модельный потенциал Морзе. Дополнения и изменения, внесенные азторами [194] в теорию Кривоглаза и Смирнова, не изменили качественного характера закономерностей, установленных в [192, 193], однахо Епервые позволили провести количественную интерпретацию экспериментальных результатов. При этом было получено довольно хорошее согласие теории и эксперимента для сплавов типа СизАи. К сожалению, этого нельзя