Исследование взаимодействия энергетических водородных частиц с ниобием: пограничные процессы, абсорбция, проницаемость

• Автор: Алимов, Василий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 183 с.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ ВОДОРОДНЫХ ЧАСТИЦ С МЕТАЛЛАМИ И ВОДОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН
1Л. Взаимодействие водорода с металлом в изотермических условиях..
1Л Л. Растворимость и диффузия водорода в металлах
1 Л.2. Влияние пограничных процессов на водородопроницаемость
1.2. Водородопрницаемость металлов в неравновесных условиях
1.2.1. Взаимодействие металлических мембран с тепловыми атомами водорода. Эффект сверхпроницаемости
1.2.2. Взаимодействие металлических мембран
с ускоренными ионами водорода
1.2.3. Проникновение водорода сквозь металл из плазмы газового разряда
1.3. Изучение кинетики хемосорбции и растворения водорода в экспериментах по водородопроницаемости металлов
1.4. Задачи данной работы
2. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ВОДОРОД-НИОБИЙ
3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПОГРАНИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВОДОРОДА С НИОБИЕМ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ВОДРОДНЫХ ЧАСТИЦ НИЗКОЙ ЭНЕРГИИ (~1 -250 эВ)
3.1. Мотивация исследования
3.2. Экспериментальная установка (РМО) и методика эксперимента
3.2.1. Схема экспериментальной установки
3.2.2. Методика эксперимента

3.3. Определение кинетических коэффициентов пограничных процессов в
экспериментах с плазмой
3.3.1. Определение а0, из процесса установления
выходного давления при компрессии
3.3.2. Оценка времен х] и г”
3.3.3. Оценка времен и г”г
3.4. Получение сверхпроницаемости из плазмы
3.4.1. Начальная молекулярная проницаемость. Эффект осаждения Та
3.4.2. Атомарная проницаемость до включения плазмы
(при атомизации Н2 на накаленных нитях катодов)
3.4.3. Проницаемость из плазмы
3.4.4. Сравнение проницаемости при генерации атомарного водорода накалёнными нитями (катодами) и при работе с плазмой
3.5. Проницаемость при воздействии потока энергетичных
водородных частиц на входную поверхность мембраны
3.6. Выводы
4. ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ПОГРАНИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИ ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКЕ
4.1. Техника эксперимента
4.2. Экспериментальные результаты
4.2.1. Эффекты ионной бомбардировки при
повышенной концентрации кислорода
4.2.2. Влияние изменений концентрации растворённого О
на проницаемость под ионной бомбардировкой
4.3. Зависимость проницаемости от энергии в области!?, < 50 эВ
4.3.1. Влияние растворенного кислорода и температуры
4.3.2. Изотопный эффект, эффект Не
4.4. Причины немонотонной зависимости проникающего потока
от энергии ионов
4.5. Выводы

5. КИНЕТИКА ПОГРАНИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПОВЕРХНОСТЬ М ПОТОКОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОДОРОДА И ПРИМЕСЕЙ:
УГЛЕРОДА И КОМПОНЕНТОВ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ
СТАЛИ
5 Л. Экспериментальная установка
5.2. Результаты экспериментов по взаимодействию N6 мембраны с потоками
энергетичных водородных частиц, содержащих примесь С
5.2.1. Потоки углеродных частиц
5.2.2. Влияние температуры на рост углеродных
пленок на поверхности № образца
5.2.3. Роль карбидов металлов Уа группы
5.3. Работа с мишенью из аустенитной нержавеющей стали
5.4. Заключение
6. СВЕРХПРОНИЦАЕМОСТЬ, УСТОЙЧИВАЯ К
РАСПЫЛЕНИЮ (СУР)
6.1. Техника эксперимента
6.2. Экспериментальное наблюдение СУР
6.2.1. Исходное состояние мембраны
6.2.2. Состояние СУР
6.3. Возможные гипотезы образования СУР
6.3.1. Гипотеза о десорбции сквозь регулярное О покрытие
6.3.2. Возможное влияние карбидного слоя
6.4. Эксперимент
6.4.1. Контролируемая декарбидизация мембраны с «естественной» поверхностью
6.4.2. Эффект контролируемой карбидизации
6.4.3. Молекулярная проницаемость и влияние на нее
растворенного О в состоянии СУР
Глава

Глава 2. Некоторые особенности системы водород-ниобий.
Как отмечалось во введении, ниобий, наряду с другими металлами У-а подгруппы {Та, V, №>), является одним из самых перспективных материалов для сверхпроницаемых мембран. Это определяется его, в некотором смысле, уникальными, но сравнению с другими металлами, свойствами в отношении взаимодействия с водородом - большой отрицательной величиной энтальпии растворения водорода, АН (Рис. 2.1) и малой энергией активации диффузии, Ев, что позволяет существенно расширить область давлений, температур и проникающих потоков в режиме сверхпроницаемости [35, 66]. В табл. 2.1 представлены сравнительные характеристики ряда систем водород-металл.
Табл. 2.1 Термодинамические характеристики некоторых систем водород-металл.
/О3 В* см2/с Ю-мд* атом Н л кДж АН кДж Ев =Ет-АН кДж моль
см3 ■ ^ Торр моль моль
Ре [1] 0.93 2.8 36 24
№[1] 6.7 3.0 54 17
ра [і] 5.2 3.8 15 -10
ББ* [67] 85 2.8 67 8.8
N6 [67] 0.5 0.7 -28 -39 10 [68]
Та [1] 0.44 2.0 -23,1 -36.6 13.12 [68]
V [1] 0.35 1.2 -28 -33 4.35 [68]
*- 88 - аустенитная нержавеющая сталь
При нагреве МЬ в вакууме его естественное оксидное покрытие {М(ъ(М) растворяется. Напимер, согласно работе [69], находящийся на поверхности НЬ205 растворяется при Т > 598 К и на поверхности остаётся покрытие N60 близкое к монослойному. При 700 К последовательность восстановления МЬ2О5—МТЬО2 —>ЫЬО. МЬО найден наиболее стабильным соединением при избытке МЬ. Такое естественное, монослойное покрытие есть термодинамически стабильное состояние поверхности металла в вакууме, находящееся в динамическом