Влияние водорода с различными энергиями связи на структуру и прочность материалов

• Автор: Полянский, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 325 с. : ил.

Введение

1 Глава 1. Определение энергий связи водорода в

твердом теле при промышленном анализе его

содержания методом высокотемпературной вакуумэкстракции

Введение в главу 1

1.1 Определение энергий связи водорода в различных

материалах

1.2 Моделирование диффузии водорода из

цилиндрического образца при высокотемпературной вакуумэкстракции

1.3 Экспериментальнорасчетная методика оценки

коэффициента поглощения материала

1.4 Моделирование диффузии водорода при высокотемпературной вакуумэкстракции из
титанового сплава ПТ7М
1.5 Дискретные термодиффузионньте спектры водорода .
1.6 Обоснование модели диффузии водорода для случая
тонкого слоя
1.7 Зависимость времени анализа относительного содержания водорода в алюминиевых сплавах от
агрегатного состояния пробы
Заключение по главе 1
2 Глава 2. Исследования распределения водорода после
термомеханического нагружения
Введение в главу 2
Влияние малых концентраций водорода на свойства конструкционных материалов
Исследование титановой трубки после циклического термомеханичсскос наружения
Исследование пластинок из алюминиевомагниевого сплава с усталостными трещинами Исследование распределения водорода в образцах из алюминиевого сплава после усталостных механических испытаний на одноосное растяжение Изменение распределения водорода по энергиям связи после отжига сплав Э
Измерения диффузноподвижного водорода в нержавеющей стали ВНС
Исследования образцов из стали 3 после одноосного растяжения
Исследование связи концентрации водорода с деформацией, термообработкой и акустической
эмиссией в стали Г
Определение дискретного ТДС для образцов из циркония
Влияние термообработки на концентрацию водорода и параметры акустической эмиссии в стали Заключение по главе
Глава 3. Модели влияния водорода на механические свойства материалов Введение в главу
Механические модели влияния водорода на прочность, упругость и пластичность материалов Уравнения двухконтинуальной сплошной среды и реологическая модель влияния водорода в материалах
3.3 Случай одноосной деформации

3.4 Решения уравнений в случае одноосного растяжения .
материала
3.5 Сопоставление модели с данными эксперимента
3.6 Пример расчета фланцевого соединения труб с учетом
иаводораживания
Заключение по главе 3 .
4 Глава 4. Влияние водорода на структуру и свойства
наноматериалов .
Введение в главу 4
4.1 Взаимодействие наноматериалов с водородом
4.2 Новый эталон для калибровки анализаторов водорода в
твердой пробе . 9
4.3 Экстракция водорода из аморфных наноматериалов .
4.4 Исследования наноалмазов на кремниевой подложке
4.5 Исследование монокристаллов теллура
4.6 Исследование водорода в нановолокнах и нанотрубках .
4.7 Исследование образцов нержавеющей стали после
барокриодеформирования
4.8 Исследование образцов наноплатины
4.9 Создание искусственных микродефектов и
исследование эмиссии водорода из них
4. Исследование эмиссии водорода из нанопор в тонком
слое электролитического цинка
Заключение по главе 4
5. Глава 5. Разработка и испытания анализатора водорода .
Введение в главу 5
5.1 Методы определения содержания водорода в твердом
5.1.1 Характерные величины естественных концентраций
водорода в твердом теле
5.1.2 Методики измерения концентраций водорода в
твердом теле
5.1.3 Методики измерения количества водорода,
экстрагированного из образца
5.2 Конструкция специализированного массспектрометра
для регистрации потоков водорода в вакуум
5.3 Увеличение чувствительности за счет максимальной эффективности процессов ионизации в масс
спектрометре
5.3.1 Схема процессов ионизации
5.3.2 Оценка потерь электронов в коллиматоре
5.3.3 Решение задачи об электростатическом поле внутри
коллиматора. Вычисление траекторий электронов
5.4 Конструкция высоко чувствительного масс
спектрометра для анализа легких газов
5.5 Анализатор водорода АВ1
5.6 Проведение анализа содержания водорода
5.7 Испытания анализатора
Заключение по главе 5
Заключение
Список использованных источников


Возможность наличия разных каналов диффузии рассматривается за счет введения нескольких коэффициентов диффузии и их осреднения. Например, в ,, коэффициенты диффузии в основном материале и включениях. Е0 и температуры мембраны Т1,х. Тсг
1. Коэффициенты С1, зависят от температуры согласно закону Аррениуса по три константы для каждого коэффициента. ЬГд00ОТ
Ш Ьтд20оТ
, с,0 0. Здесь Ь коэффициент десорбции, коэффициент быстрого растворения. Естественно, что практически любые экспериментальные данные можно хорошо аппроксимировать. Между тем, наблюдается значительный разброс в данных различных авторов. Авторы фундаментального справочника по физическим величинам специально отмечают, что результаты различных измерений характеризуются разбросом в пределах порядка величины. Это говорит об отсутствии достаточно грубых к погрешностям измерений моделей диффузии. С другой стороны, это характеризует и точность полученных данных, как по коэффициентам диффузии, так и по производной от них энергии связи водорода в твердом теле. Поэтому большинство результатов получено на мембранах, с одной стороны которых находится чистый газообразный водород ,. Нестыковки одноканальной модели диффузии с экспериментальными данными объясняются тонкими физическими механизмами. Например, обратимым захватом диффузанта в ловушки . Вместе с тем, обратимый захват и диффузия по разным каналам имеют одинаковое влияние на поток водорода через мембрану и интересной для практики задачей является разделение водорода по энергии связи и определение влияния на механические свойства материалов. Кроме того, в случае сквозной диффузии водорода через мембрану трудно предположить, что она будет происходить по тем же каналам и в той, же пропорции что и диффузия естественного водорода внутри материала. Для применения методики определения энергии связи водорода по термодиффузионным или термодессорбционным спектрам часто применяют предварительное наводораживание материалов в атмосфере чистого водорода 1,. Не смотря на большую мировоззренческую и фундаментальную значимость таких исследований, совершенно очевидно, что на большинство используемых в промышленности материалов эти результаты непосредственно не переносимы. Сталь разрушаются без внешних силовых воздействий уже при соотношении атомов водорода к атомам материала 1. В 2 описываются последствия наводораживания сталей, и одно из них увеличение объема микротрещин и межзеренных границ, скорее всего, является основной причиной разрушения. В стенках труб нефте и газопроводов образуются даже пузыри диаметром до 0 мм, наполненные молекулярным водородом. Применяются методики косвенной оценки энергии связи водорода по. Такие методики требуют дополнительного оборудования и специальной привязки оптических спектров к термодиффузионным спектрам . Одной из методологических проблем при измерениях относительно небольших потоков естественного водорода является то, что поток водорода из экстракционной системы при изменении ее температуры может на несколько десятичных порядков превосходить измеряемый поток водорода из образца. При разработке методики проведения анализа содержания водорода с помощью промышленного анализатора водорода был проведен следующий эксперимент была получена экстракционная кривая пустой экстракционной системы анализатора при ступенчатом изменении температуры аналитического отростка экстрактора i С. Количество водорода, измеренное анализатором, составляло при каждой ступеньке температуры примерно 1 нормальный мм3 молекулярного водорода. Десорбционный поток водорода со стенок кварцевой трубки диаметром мм эквивалентен потоку водорода из образца алюминиевого сплава массой 2г при высокотемпературной вакуумэкстракции. Необходимо учесть, что объем прогреваемой части экстракционной системы составляет около см3, и внутри аналитического отростка нет никаких посторонних материалов пьедестал для нагревания образца, термопары, резистивные нагреватели, молибденовые вкладыши и т. В противном случае, поток водорода из образца составляет доли процента от фонового потока из экстракционной системы. Пример таких термодиффузионных спектров приведен на рис. Рис.