Структура и свойства фольги сплавов Pd-Cu и Pd-Ru, полученной методом магнетронного распыления

• Автор: Донцов, Алексей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ РИ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ВОДОРОДА
1Л. Мембранные сплавы на основе Рб
1.2. Диффузия водорода в металлах
1.3. Водородоупругие и водородопластические эффекты на 26 поверхности Рб и его сплавов при насыщении водородом
1.4. Механические свойства сплава Рб-Си
1.5. Основные способы создания тонкой фольги Рб и его сплавов
1.6. Заключение и постановка задачи
2. МАТЕРИАЛЫ, СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФОЛЬГИ СПЛАВОВ Рб-
Си И Рб-Яи, МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы и оборудование
2.2 Режимы нанесения фольги сплавов палладия методом
магнетронного распыления
2.3 Препарирование образцов для исследований
2.4 Методика исследования механических свойств
2.5 Методика исследования водородопроницаемости
3. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, ОРИЕНТАЦИЯ, СТРУКТУРА И
МОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФОЛЬГИ СПЛАВОВ Рб-Си И Рб-Яи
3.1 Сплав Рб-Си
3.2 Сплав Рб-Яи
Выводы к главе 3
4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Выводы к главе 4
5. ВОДОРОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ
5.1. Температурная зависимость водородопроницаемости
5.2. Изменение водородопроницаемости при термобароциклировании 105 Выводы к главе 5
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Основные подходы к повышению производительности мембранных элементов глубокой очистки водорода -разработка сплавов с более высокой водородопроницаемостью на основе Рс1 и уменьшение толщины селективного слоя. К мембранным сплавам (МС) предъявляют ряд требований: высокая удельная водородопроницаемость, низкая склонность к дилатации при насыщении водородом, высокие пластичность, прочность и коррозионная стойкость. Исследован широкий спектр мембранных сплавов, выбор которых мотивировался возможностью выполнения этих требований. В разной степени им удовлетворяют сплавы Рё-Си, Рё-Ки, Рё-1п-Ки, Рё-У. В частности, в аспекте экономии драгоценного металла и возможности реализации фазы с менее плотной кристаллической решеткой, более проницаемой для водорода, наиболее приемлем сплав Рё-40%(масс.)Си, в котором согласно диаграмме состояния ожидается образование фазы с решеткой СяС1 (Д-фаза), а с точки зрения сочетания свойств прочности, пластичности и коррозионной стойкости - сплав Рё-6%(масс.)Ки.
Что касается уменьшения толщины селективного слоя, то при получении фольги МС методом прокатки возникает трудность ее изготовления толщиной менее 30 мкм. Одним из альтернативных прокатке способом создания тонкой (до 5 мкм) фольги МС может являться способ, базирующийся на магнетронном распылении (МР) мишени из сплава соответствующего состава, как наиболее полно воспроизводящий в конденсате его элементный состав.
Вариант создания свободной мембранной фольги методами вакуумных технологий практически не используется. Не изучены закономерности роста, структура, свойства фольги мембранных сплавов, получаемых методами термического испарения и конденсации, магнетронного распыления.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (госконтракты №02.740.11.0126, №2572), ФЦП «Исследования и разработки по
приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы» (госконтракт №16.513.11.3150), а также поддержана грантами РФФИ (08-08-00214а) и грантом Президента РФ «Поддержка ведущих научных школ» НШ-7098.2006.
Цель работы - установление закономерностей формирования структуры тонкой конденсированной фольги в процессе магнетронного распыления сплавов Рс1-Си и Рб-Яи, ее механических свойств и водородопроницаемости.
Решаемые задачи. Для достижения цели решали следующие задачи:
- в процессе МР получить образцы конденсированной фольги сплавов Рб-Си и Рб-Яи на ориентирующих и неориентирующих подложках;
- исследовать структуру фольги в зависимости от состава и условий наращивания;
- исследовать механические свойства полученных образцов фольги;
- исследовать водородопроницаемость полученных образцов фольги в интервале температур 300 - 600 К.
Научная новизна исследований.
Впервые:
- экспериментальными исследованиями установлена возможность синтеза тонкой однофазной фольги системы Рб-Си с кристаллической решеткой СэС1 (/?-фаза) в процессе магнетронного распыления мишени соответствующего элементного состава;
- получены данные о водородопроницаемости конденсированной фольги Рб-Си (Д-фаза) и сплава Рб-Яи;
- получены данные о механических свойствах конденсированной фольги сплавов Рб-Си и Рб-Яи.

В работе [92] исследовано влияние импульсной фотонной обработки (ИФО) излучением ксеноновых ламп на структуру упорядочивающихся сплавов Рб-Си. Тонкие пленки получали методом магнетронного распыления сплавной мишени (Рс1-40%(масс.)Си) и конденсации на поверхности монокристаллов №С1 и фторфлогопита при Тп = 600-870 К. Установлено, что наиболее чувствительными к ИФО являются дисперсные, двухфазные пленки, сформированные при Тп < 750 К. Основным результатом ИФО таких пленок является разупорядочение /7-фазы и формирование дисперсной поликристаллической, слабо текстурированной пленки а-фазы. ИФО стимулирует фазовый переход /7—>а. Так же в [92] установлено, что монокристаллические пленки а твердого раствора Рб-Си наиболее устойчивы к -воздействию ИФО
1.6 Заключение и постановка задачи
Систематические исследования, направленные на разработку мембранных сплавов на основе Рб, п оказали, что наиболее перспективны несодержащие серебра сплавы Рб-Си и Рб-Яи.
Сплав Рб-Си обеспечивает экономию палладия, обладает хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью в углеводородных средах. Упорядоченное по типу В2 состояние (/7-фаза, решетка СэС1) в сплавах Рб-Си формируется при содержании Рб 45 - 60% (масс.). Более проницаемой для водорода является /7-фаза (решетка СбО), благодаря меньшему, чем в а-фазе (ГЦК-решетка) расстоянию между ближайшими порами (активационный барьер ниже и диффузия облегчена).
В фольгах сплава Рб-Си, полученных прокаткой, в результате длительной (до нескольких месяцев) термообработки после интенсивной пластической деформации появляется возможность сформировать практически однофазное, упорядоченное по типу В2 (/7-фаза, решетка СбС1) состояние.