Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Формозмінення паладієвої пластини під час виникнення та релаксації водневопружних напружень

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

водневопружність паладієвий пластина

Актуальність. В останні десятиліття в області фізики металів спостерігається значно зростаючий інтерес до проблем взаємодії водню з металами. Цей інтерес обумовлено тим, що водень, розчинений у металах, сплавах і сталях, з одного боку, викликає їхню водневу деградацію (воднева крихкість, флокени і т.д.), а з іншого боку - за певних умов водень може використовуватися в обробці матеріалів (паладій та його сплави, титан та його сплави і т.д.) з метою покращення їхньої структури та властивостей. В обох випадках одним із найважливіших факторів водневого впливу на матеріали є водневі концентраційні напруження, що будучи аналогічними термічним напруженням, можуть викликати короблення виробів, їхнє руйнування. Внутрішні напруження з часів Д.К. Чернова та Н.В. Калакуцького завжди були в центрі уваги металознавців. Так само, як і термічні, водневі напруження повинні враховуватися у всіх технологіях, коли матеріали обробляються та експлуатуються в контакті з воднем та середовищами, що містять водень. Наприклад, стінки будь-яких апаратів хімічного та нафтохімічного виробництв, термоядерних реакторів, газопроводів, мембранних паладієвих апаратів через наявність градієнтів концентрації водню зазнають дії водневих концентраційних напружень, що є важливим фактором, який впливає на їхню експлуатаційну поведінку (аж до руйнування). Таким чином, водневі концентраційні напруження, їхнє виникнення та релаксація, позв'язані з цим особливості поведінки металів і виробів з них складають теоретично і практично важливу область фізики металів. Однак, дотепер цей напрямок залишається поки мало розробленим. Наприклад, немає систематичних експериментальних досліджень формозмінення металевих виробів під впливом водневих концентраційних напружень і не розроблено математичний апарат для їхнього опису й конкретних розрахунків. Тут особливий інтерес викликає з'ясування найбільш загальних закономірностей водневопружного формозмінення у випадку металевих виробів найбільш простої форми (наприклад, у вигляді пластини) і з такого матеріалу, як паладій, взаємодію водню з яким уже добре вивчено. Викладене вище визначає актуальність, наукову та практичну значимість даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконана відповідно до основних напрямків наукової діяльності Проблемної науково-дослідної лабораторії взаємодії водню з металами і водневих технологій (ПНДЛВМВТ) кафедри фізики ДонНТУ в рамках держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України: Д/б НДР № Г8-95 “Розробка основ теорії водневопружних ефектів у системах метал-водень” № ДР 0195И006590 (1995-1997 р.); Д/б НДР № Г-1-98 “Розробка кінетичних основ водневої обробки матеріалів” № ДР 0198И002307 (1998-2000 р.). Автор була виконавцем перерахованих робіт.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - експериментально встановити закономірності водневопружного формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного та різкого насичення воднем, а також подальшої дегазації і розробити математичну модель явища водневопружності.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- проаналізувати й узагальнити наявну в літературі інформацію про різні прояви водневопружності;

- створити воднево-вакуумну установку і розробити методику дослідження формозмінення паладієвої пластини під впливом водню під час її однобічного та різкого насичення воднем і подальшої дегазації;

- експериментально установити вплив температури і тиску водню на формозмінення паладієвої пластини при “водневому ударі” і подальшій дегазації в інтервалі 150-100 ^оС в умовах відсутності гідридних перетворень;

- записати рівняння водневопружності за аналогією з рівняннями термопружності та на їхній основі побудувати математичну модель водневопружного насичення і формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного насичення воднем, а також провести чисельні розрахунки формозмінення паладієвої пластини;

- на основі порівняльного аналізу результатів моделювання й експериментальних даних установити фізичні причини водневопружного формозмінення паладієвої пластини.

Об'єкт дослідження: явище водневопружності, його механічні та дифузійні прояви.

Предмет дослідження: формозмінення паладієвої пластини внаслідок виникнення і релаксації водневопружних напружень під час її однобічного та різкого насичення воднем і подальшої дегазації.

Методи дослідження. Методи виконання поставлених задач включають аналіз і узагальнення наявних у літературі даних про водневопружні ефекти, експериментальне дослідження формозмінення паладієвої пластини під впливом водню, математичне моделювання явища водневопружності та дифузійного процесу однобічного насичення пластини воднем і її формозмінення, порівняльний аналіз результатів моделювання й експериментальних даних з метою встановлення фізичних причин водневопружного формозмінення.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Вперше систематично досліджено водневопружне формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного та різкого насичення воднем, а також подальшої дегазації в умовах відсутності гідридних перетворень в інтервалі 150-100^о С і експериментально встановлено такі основні закономірності:

- для всіх температур і тисків водню дослідженого діапазону формозмінення за повний цикл (насичення-дегазація) є практично цілком оборотним;

- у першій половині циклу водневого впливу (насичення) формозмінення можна умовно розділити на дві складові: оборотне і залишкове формозмінення;

- при зниженні температури від 150 до 100^о С внески оборотної і залишкової складових у максимальне формозмінення змінюються. При 150 ^оС з ростом тиску водню разом із максимальним формозміненням збільшується його оборотна складова, а залишкова - практично не залежить від тиску. Зі зниженням температури залишкове формозмінення збільшується. При 100^оС при збільшенні тиску водню зростає максимальне формозмінення та його залишкова складова.

2. Розроблено математичну модель явища водневопружності та формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного та різкого насичення воднем.

3. Встановлено, що однією з причин залишкових формозмінень паладієвої пластини при її однобічному і різкому насиченні воднем в області існування - твердих розчинів водню в металі при 150-100^оС є залишкові градієнти концентрації водню, обумовлені ефектом уповільнення водневопружними напруженнями дифузійного насичення пластини воднем.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень та висновків підтверджується відповідністю прийнятих допущень характеру розв'язуваних задач; достатнім обсягом вибірки результатів експериментальних досліджень, коректністю прийнятих теоретичних передумов, що базуються на теорії пружності, адекватністю побудованої моделі, підтвердженою в ході експериментальних досліджень, позитивними результатами апробації на наукових конференціях і семінарах.

Практичне значення отриманих результатів. Практичне значення встановлених у даній роботі закономірностей водневопружного формозмінення паладієвої пластини полягає в тому, що ці закономірності є основними для технологій водневої обробки й експлуатації виробів з паладію та його сплавів (дифузійні паладієві фільтри водню, паладієві датчики водню та ін.). Розроблений математичний апарат рекомендований для розрахунків водневопружних напружень у процесах насичення воднем і дегазації стінок апаратів, що працюють у контакті з воднем та середовищами, що містять водень (конструкції хімічного і нафтохімічного виробництва, водневої енергетики, термоядерні реактори і т.д.).

Встановлені закономірності реакції металу на вплив водню, як фізичний ефект, практично важливі і рекомендовані для використання при проектуванні водневих датчиків, індикаторів та інших пристроїв контролю вмісту водню.

Розроблена “Методика дослідження in situ формозмінення Pd - пластини під дією водню” має самостійну практичну значимість для оцінювання стійкості до формозмінення сплавів паладію, інших металів і сплавів. “Методику…” передано для використання державному підприємству “Аргентум” (м.Львів).

Особистий внесок здобувача. Дисертація являє собою узагальнення результатів досліджень, що були виконані безпосередньо автором. Особистий внесок автора в основних статтях по темі дисертації, що опубліковані в співавторстві: автором виконані підготовка зразків і розробка методики дослідження, проведення всіх експериментальних досліджень, обробка експериментальних результатів. Автор брав безпосередню участь у формулюванні й записі системи рівнянь водневопружності, визначенні початкових і граничних умов для розглянутих задач, особисто провів усі теоретичні розрахунки; обговорення мети і задач роботи, аналіз її результатів здійснювався з науковим керівником.

Апробація роботи. Основні результати роботи були представлені й обговорені (з опублікуванням тез доповідей) на I Міжнародній конференції “Благородні та рідкі метали” (Донецьк, Україна, 19-22 вересня 1994 р.), на I Міжнародній конференції “Воднева обробка матеріалів” (Донецьк, Україна, 20-22 вересня 1995 р.), на ХVІ Міжнародній Черняєвській нараді з хімії, аналізу та технології платинових металів (Єкатеринбург, Росія, 21-25 жовтня 1996 р.), на II Міжнародному симпозіумі “Синергетика. Структура і властивості матеріалів. Технології, що самоорганізуються,” (Москва, Росія, 11-14 листопада 1996 р.), на II Міжнародній конференції “Благородні та рідкі метали” (Донецьк, Україна, 23-26 вересня 1997 р.), на II Міжнародній конференції “Воднева обробка матеріалів” (Донецьк, Україна, 2-4 червня 1998 р.), на I Міжнародному семінарі з безпеки водневого транспорту (Саров, Росія, 29-31 липня 2000 р.), на III Міжнародній конференції “Благородні та рідкі метали” (Донецьк, Україна, 19-20 вересня 2000 р.), на ХVII Міжнародній Черняєвській нараді з хімії, аналізу та технології платинових металів (Москва, Росія, 17-19 квітня 2001 р.), на III Міжнародній конференції “Воднева обробка матеріалів” (Донецьк, Україна, 14-18 травня 2001 р.).

Публікації. Отримані в дисертації результати цілком опубліковані в 17 друкованих працях, з яких 7 [1-7] є науковими статтями, що задовольняють вимоги ВАК України до фахових публікацій, 10 [8-17] публікацій є матеріалами конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків та списку використаних літературних джерел із 115 найменувань (на 13 сторінках) і чотирьох додатків (на 15с.). Повний обсяг дисертації складає 134с., робота містить 29 рисунків, 6 таблиць.

2.ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми, сформульовані мета і задачі роботи, визначені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, а також представлені дані про апробацію результатів і публікації по темі досліджень.

У першому розділі в історичній послідовності розглянуто розвиток уявлень про взаємозв'язок пружних і концентраційних полів та ефектах, викликаних таким взаємозв'язком (ефект Горського та його застосування в системах метал-водень, дифузійно-пружний ефект (ефект Стоні), ефект Люіса, формозмінення пружно напружених зразків під впливом водню), математичний опис водневих концентраційних (ВК-) напружень та їхній вплив на дифузію водню. Потім викладено сучасний стан основних уявлень про водневопружність і дано класифікацію різних її проявів.

Проведені на цей час у нас в країні та за рубежем теоретичні й експериментальні дослідження показали, що в системах метал-водень взаємовплив дифузійного перерозподілу атомів водню і пружних напружень, обумовлених цим перерозподілом, приводить до цілого ряду водневопружних ефектів. Аналіз вітчизняної та закордонної літератури показав, що, не зважаючи на те, що водневопружні ефекти відомі давно, практично немає робіт, де ці ефекти розглядають як наслідок єдиного явища. Немає єдиного математичного опису водневопружності та його проявів. У практичних цілях використовуються формули, які мають поодинокий характер. Систематичні дослідження залежності водневопружного формозмінення від параметрів впливу не проводились.

На основі узагальнення наявних у літературі експериментальних даних та аналізу розвитку теоретичних уявлень про водневопружні ефекти сформульовані мета і задачі даної роботи.

У другому розділі описано створену на кафедрі фізики ДонНТУ при участі автора експериментальну воднево-вакуумну установку, що дозволяє проводити в широкому інтервалі параметрів спостереження in situ і вимір оборотних і необоротних формозмінень паладієвої пластини під впливом водню. Також описано методику досліджень.

Матеріалом для дослідження служив паладій, що містить такі домішки (у ваг. % ): Pt-0.009, Rh - 0.002, Fe - 0.009, Si - 0.001. Зразки у вигляді пластин розміром 685.50.28 мм відпалювали у вакуумі (1.32 Па) при температурі 600С протягом однієї години і прохолоджували з піччю до 20С. Потім одну сторону зразка покривали електролітичним способом мідною плівкою завтовшки 1.5 мкм. Таким чином досягалося однобічне насичення та дегазація зразка (оціночні розрахунки та літературні дані дозволили вважати, що мідна плівка такої товщини в інтервалі температур від 150 до 100^о С являє собою непроникну мембрану для водню).

Експерименти проводили за такою схемою. Зразок одним кінцем закріплювали горизонтально в робочій камері воднево-вакуумної установки обмідненою стороною нагору (при цьому вигини пластини, що спостерігалися експериментально, були спрямовані нагору). Після монтажу зразка в камері та стабілізації його стану шляхом термоциклювання у вакуумі (1.32 Па) від 20С до температури, при якій проводиться серія експериментів, зразок нагрівали до завданої температури, що залишалася в процесі експерименту постійною, витримували зразок у цих умовах протягом 0.5 години. Далі здійснювали швидкий (за 1-5 с) напуск дифузійно-очищеного водню в робочу камеру до завданого тиску. Ізобарична витримка при цьому тиску тривала від 0.5 до 1 години, поки зразок не приходив у стаціонарний стан. Потім камера дегазувалася, і водень евакуювався зі зразка до досягнення їм нового стаціонарного стану, що досягалося протягом від 0.5 до 1 години. У ході експерименту вигин вільного кінця пластинки під впливом водню спостерігали через вікно робочої камери і стрілу вигину вимірювали катетометром з точністю 0.02 мм.

Проведено оцінки похибок, пов'язаних із застосуванням кінцево-різницевої апроксимації, використаної в роботі для чисельного рішення системи диференціальних рівнянь водневопружності в частинних похідних.

У третьому розділі представлені результати експериментального дослідження одного із проявів водневопружності - формозмінення паладієвої пластини під впливом водню. Описано часові залежності стріли вигину паладієвої пластини під час її однобічного та різкого насичення воднем (“водневого удару”) і подальшої дегазації в умовах відсутності гідридних перетворень в області -твердого розчину водню в системі Pd-H при температурі 150-100^о С і встановлені експериментально закономірності поведінки максимального формозмінення та його оборотної і залишкової складових у залежності від тиску водню (величини “водневого удару”) і температури. Під час однобічного “водневого удару” та наступної дегазації в початкові моменти цих процесів по товщині пластинки виникають великі градієнти концентрації водню, що викликають формозмінення зразка. Відповідна величина формозмінення максимальна в перші моменти насичення і дегазації, потім згодом вона зменшується, і пластина приходить у стаціонарний стан, відмінний від первісного стану після насичення воднем і практично співпадаючий з початковим положенням після дегазації зразка.

Систематично досліджено вплив температури в сполученні зі змінами тиску водню на загальний хід і характеристики формозмінення паладієвої пластини: загальне (кінцеве) формозмінення за повний цикл впливу (насичення - дегазація); максимальне формозмінення під час насичення та його складові: оборотне і залишкове формозмінення. З цією метою були послідовно проведені цикли ізотермічних експериментів при поступово зменшуваних температурах. Основні результати експериментальних досліджень полягають у наступному.

При однобічних впливах водню різних тисків і при різних температурах дослідженого інтервалу паладієва пластина змінює свою форму закономірним образом. При цьому за повний цикл насичення-дегазації формозмінення практично цілком оборотне. На першій стадії циклу водневого впливу максимальне формозмінення можна умовно розділити на дві складові: оборотне і залишкове формозмінення.

При зниженні температури від 150 до 100^о С максимальне формозмінення зменшується, при цьому поведінка оборотної та залишкової складових формозмінення істотно змінюється. Залишкове формозмінення, будучи малим і консервативним стосовно тиску водню при 150^о С, при зниженні температури поступово змінює свою поведінку. Вже при 140^оС намічається тенденція незначного збільшення залишкового формозмінення. При 130^о С ця тенденція істотно підсилюється, і з ростом тиску водню залишкова складова формозмінення збільшується майже в 4 рази. При 120 і 100^о С внесок залишкового формозмінення стає домінуючим, і при підвищених тисках залишкове формозмінення складає, відповідно, 75 і 80%.

У рамках сучасного знання про взаємодію водню з металами обговорені встановлені експериментально закономірності поведінки максимального формозмінення та його оборотної і залишкової складових у залежності від тиску водню (величини “водневого удару”) і температури.

Показано, що встановлений хід часових залежностей формозмінення якісно добре узгоджується із сучасними знаннями про дифузійне насичення металу воднем. Основною причиною формозмінення пластини та його закономірних змін у залежності від часу дії водню і подальшої дегазації є виникнення, наростання і релаксація ВК-напружень, обумовлених виникненням, ростом і зміною градієнтів концентрації водню. Оборотна складова формозмінення є прямим наслідком наявності цих градієнтів концентрації. В міру насичення пластини воднем градієнти концентрації зменшуються, відповідно, зменшуються ВК-напруження та стріла вигину пластини.

Обговорено природу залишкового формозмінення. Проаналізовано припущення, що залишкове формозмінення позв'язане з можливістю протікання мікропластичної деформації при навантаженні металу в пружній області, і зроблено висновок, що загальні закономірності, виявлені в даних експериментах, не можуть знайти адекватного пояснення в рамках тільки цієї гіпотези, тому що виникає цілий ряд протиріч. Основні з яких такі.

1. Набагато більш сильні водневопружні впливи під час насичення воднем при 150^оС ( =1.110⁵Па) обумовлюють менші залишкові формозмінення, чим більш слабкі впливи при 100^о С ( =2.210⁴Па). З погляду гіпотези про роль мікропластичної деформації ефекти повинні були б бути протилежними: більший водневопружний вплив повинен був би викликати більшу мікропластичну деформацію і, відповідно, більше залишкове формозмінення.

2. “Не правильна” залежність того ж плану, що й у пункті 1 спостерігається й у залежності залишкової складової формозмінення y_ост від тиску водню при постійній температурі для 150С и 140С: з ростом тиску водню, коли збільшується водневопружний вплив на зразок, залишкове формозмінення практично не змінюється.

Тому було зроблено припущення, що при дифузійному насиченні паладієвої пластини воднем, перенос водню і вирівнювання концентрації по товщині пластини поступово сповільнюються водневопружними напруженнями настільки, що експериментально це сприймається як “зупинка” процесу формозмінення, як залишкове формозмінення.

У четвертому розділі проведено якісний порівняльний аналіз явищ водневопружності та термопружності. За аналогією з рівняннями термопружності записано систему диференціальних рівнянь водневопружності:

, (1)

, (2)

де с- відносна атомна концентрація водню, що аналогічна температурі в термопружності; - вектор переміщення; -густина матеріалу; і - коефіцієнти Ламе; величина w аналогічна коефіцієнту лінійного теплового розширення і дорівнює , де k - коефіцієнт об'ємного розширення металу, викликаного зміною в ньому концентрації водню; D - коефіцієнт дифузії водню; В_с - водневоємність, уведена нами нова величина, що показує на скільки збільшується вміст водню в металі при збільшенні тиску газоподібного водню на одиницю. Кількісні значення величини В_с можна знайти по експериментальним даним (з P-T-c діаграм).

Система рівнянь водневопружності (1) і (2) є зв'язаною завдяки члену в рівнянні руху (2) і члену в дифузійному рівнянні (1). Рівняння (1) і (2) описують деформацію твердого тіла, що виникає не тільки від механічних, але й від водневих впливів, а також зворотний ефект - зміну концентраційного поля водню у твердому тілі, обумовлену як градієнтом концентрації водню, так і деформацією цього тіла.

Показано, що аналогія явищ термопружності і водневопружності не є повною, і записана система рівнянь може бути застосована лише при температурах вище точки гідридного перетворення в системах метал-водень (тобто в межах області -твердих розчинів водню в паладії).

Розглянуто застосування рівнянь водневопружності для опису таких водневопружних ефектів у системах метал-водень як дифузійне розчинення концентраційних неоднорідностей водню в металах і формозмінення металевої пластини під час її однобічного та різкого насичення воднем.

Шляхом чисельного розв'язання рівнянь водневопружності досліджено поведінку концентраційних неоднорідностей водню макроскопічного масштабу з різницею концентрацій, що створюють водневопружні напруження, які не перевищують границі пружності паладію, при температурах вище точок гідридного перетворення, і показано, що водневопружні напруження сповільнюють розчинення концентраційних неоднорідностей водню при всіх температурах, але їхній внесок у реальному масштабі часу стає особливо великим при низьких температурах.

На основі рівнянь водневпружності побудована математична модель однобічного насичення паладієвої пластини воднем та її водневопружного формозмінення. Проведено розрахунки розподілу концентрації водню по товщині пластини під час її однобічного насичення і показано, що ВК-напруження сильно сповільнюють дифузійний процес, і за експериментальний інтервал часу (30-40 хвилин) не відбувається вирівнювання концентрацій водню по товщині пластини. В той час як при чисто дифузійному насиченні для температур в інтервалі 150-100С процес насичення пластини воднем завершується через 5-10 хвилин повним вирівнюванням концентрації водню по товщині пластини.

Розраховано часові залежності стріли вигину зразка, залежності максимального формозмінення і його складових від тиску водню, залежності залишкового формозмінення від температури при однакових водневих впливах, коли в приповерхньому шарі вхідної сторони пластини встановлювалася однакова концентрація водню.

Розраховані залежності зіставлені з відповідними експериментальними кривими і показано, що водневопружна модель правильно передбачає хід часової залежності стріли вигину пластини, а також тенденції в зміні максимального формозмінення та його складових у залежності від температури і тиску водню.

Водневопружна модель передбачає більш сильні в порівнянні з експериментом ефекти формозмінення металу під час однобічного “водневого удару”. Аналіз показав, що виявлені в даній роботі розбіжності передбачень континуальної моделі та поведінки реального металу є цілком закономірними і відбивають як межі застосування теорії, так і важливість у наступному вивчати вплив структурного фактора на формозмінення металу при “водневому ударі”.

На закінчення слід підкреслити, що водневопружна модель правильно відбиває поведінку залишкового формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного насичення воднем, що спостерігається експериментально. Цей ефект в основному позв'язаний з уповільненням дифузійного транспорту водню водневопружними напруженнями без вирівнювання концентрації водню по товщині пластини за експериментальний час. “Залишкові” градієнти - важлива і, очевидно, головна причина залишкового формозмінення, що спостерігається.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена наукова задача, що полягає у встановленні закономірностей водневопружного формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного і різкого насичення воднем та наступної дегазації в інтервалі температур 150-100^оС і при тисках водню, що відповідають області -твердого розчину водню в паладії, а також у розробці математичного опису явища водневопружності та математичної моделі водневопружного формозмінення палладієвої пластини. Це удосконалює систему знань про вплив водню на метали і металеві конструкції , що експлуатуються в контакті з ним.

Основні наукові і практичні результати роботи і висновки, що випливають з них, полягають у наступному:

1. Створено воднево-вакуумну установку і розроблено методику спостереження in situ поведінки паладієвих пластин під впливом водню, що у широкому інтервалі тисків і температур уперше дозволяє досліджувати зміну форми паладієвих пластин в результаті насичення воднем і при наступній дегазації.

2. Вперше експериментально встановлено, що під час однобічного і різкого насичення воднем та наступної дегазації в дослідженому інтервалі температур і тисків водню паладієві пластини в початкові моменти водневих впливів мають максимальні вигини, які згодом зменшуються і приймають стаціонарні значення. Ця особливість може бути використана при розробці приладів контролю вмісту водню.

3. Вперше експериментально встановлено, що при температурах 150-100С і тисках водню від 610³ Па і до значень, близьких до критичної точки початку гідридних перетворень, формозмінення паладієвої пластини за повний цикл насичення-дегазація є оборотним, а при насиченні можна виділити оборотну та залишкову його складові, що дозволяє уточнити фізичну основу зазначених процесів шляхом урахування водневих концентраційних напружень як значимого фактора.

4. Вперше експериментально встановлено зміну співвідношення максимального формозмінення, оборотної і залишкової складових при зміні температури водневого впливу. Для 150С при збільшенні тиску водню максимальне формозмінення й оборотна складова зростають, а залишкова практично не змінюється. Зі зниженням температури внески складових змінюються, і при 100С при збільшенні тиску водню зростає максимальне формозмінення і внесок залишкової складової. Закономірності водневопружного формозмінення паладієвої пластини, що встановлені, повинні враховуватися в технологіях водневої обробки і при експлуатації у водні виробів з паладію та його сплавів (дифузійні паладієві фільтри водню, паладієві датчики водню та ін.).

5. Розроблено систему нелінійних диференціальних рівнянь, що описують явище водневопружності, новизна якої міститься в можливості опису взаємообумовленої поведінки водневих концентраційних полів і полів водневих концентраційних напружень.

6. На основі розробленої системи рівнянь водневопружності створено математичну модель водневопружного насичення і формозмінення паладієвої пластини, що вперше дає можливість розраховувати параметри даних процесів, які на якісному рівні добре узгоджуються з результатами експериментів. Розроблений математичний апарат може бути використано для розрахунків формозмінень і водневих концентраційних напружень, що мають місце в апаратах і конструкціях, які знаходяться в контакті з воднем та середовищами, що його містять (конструкції хімічного і нафтохімічного виробництва, термоядерні реактори, апарати водневої енергетики і т.д.).

7. Встановлено, що основною причиною формозмінення паладієвої пластини при однобічному і різкому насиченні воднем і при наступній дегазації є виникнення і релаксація водневих концентраційних напружень, а основною причиною залишкових формозмінень пластини є залишкові градієнти концентрації водню, обумовлені ефектом уповільнення водневими концентраційними напруженнями дифузійного насичення пластини воднем. Це розширює розуміння ролі водневих концентраційних напружень у фізичній природі явища водневопружності.

8. Розроблено “Методику дослідження in situ формозмінення Pd - пластини під дією водню”. Вона дає можливість прогнозувати для сплавів паладію, інших металів і сплавів стійкість до зміни форми під впливом водню. “Методику...” передано для використання державному підприємству “Аргентум” (м.Львів).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1.Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Котельва Р.В. Формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом и последующей дегазации // Физика металлов и металловедение. - 1997. - Т. 84, №5. - С. 157-160.

2.Goltsov V.A., Glukhova Zh.L. and Redko A.L., Hydrogen elasticity effect and its importance in diffusion of concentration inhomogeneities in metals // Int. Journal Hydrogen Energy. - 1997. - Vol. 22. - Р. 179-183.

3.Гольцов В.А., Глухова Ж.Л. Упругое изменение формы палладиевой пластины под действием водорода. I. Результаты эксперимента // Физика металлов и металловедение. - 2000. - Т. 90, № 4. - С. 68-73.

4.Глухова Ж. Л., Гольцов В.О., Котельва Р.В. Вплив тиску водню на формозмінення паладієвої пластини під час її однобічного насичення// Физика и техника высоких давлений. - 2001.- Т. 1, №1. - С. 60-63.

5.Гольцов В. А., Глухова Ж. Л. Водородоупругое формоизменение палладиевой пластины. Теоретическое описание // Физика металлов и металловедение. - 2001. - Т.- 91, № 3. - С. 21-25.

6.Theori of hydrogen elasticiti phenomenon Goltsov V.A., Rymshina T.A., Smirnov L.I., Glukhova Zh. L., Kotelva R. V. // Progress in hydrogen treatment of materials.- Donetsk - Coral Gables: “Kassiopeya Ltd.”, 2001. - P. 95-117. Реферирована в РЖ Металлургия, 15И, Металловедение и термическая обработка, №1, 2002, реф. 15И163.

7. Глухова Ж.Л. Учет связанности упругих полей и диффузионных процессов при описании явления водородоупругости // Наукові праці ДонНТУ. Сер. Металургія. - 2002.- Вип. 40. - С. 93-99.

8. Котельва Р.В. , Глухова Ж. Л. , Яхно И.Н. Экспериментальная установка и методика для исследования формоизменения металлов под воздействием водорода // Водородная обработка материалов: Сб. информ. матер. Первой Междунар. конф. “ВОМ-95”. - Донецк (Украина). - 1995. - Ч. 1. - С. 43-44.

9. Гольцов В.А., Редько А.Л., Глухова Ж.Л. О роли водородоупругих напряжений в диффузионном рассасывании концентрационных неоднородностей в системах металл-водород // Благородные и редкие металлы: Сб. информ. матер. I Междунар. конф. “БРМ-94”. - Донецк (Украина). - 1994. - Ч.III. - С.85-86.

10. Котельва Р.В., Глухова Ж.Л., Гольцов В.А. Водородоупругость - синергетическое явление в системах металл-водород // Синергетика. Структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии: Тез. докл. симпозиума “Синергетика -96”. - Москва (Россия). - 1996. - Ч. II. - С.39.

11. Глухова Ж. Л., Гольцов В.А., Котельва Р.В. Формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом и последующей дегазации // Благородные и редкие металлы: Сб. информ. матер. II Междунар. конф. “БРМ-97”. - Донецк (Украина). - 1997. - Ч.III. - С.156-157.

12. Глухова Ж. Л., Котельва Р.В., Гольцов В.А. Закономерности поведения палладиевой пластины при одностороннем водородном воздействии // Благородные и редкие металлы: Сб. информ. матер. III Междунар. конф. “БРМ-2000”. - Донецк (Украина). - 2000. - - С.383.

13. Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Котельва Р.В. Водородоупругость палладия: эксперимент и теория // Тез. докл. XYII Междунар. Черняевского совещания по химии, анализу и технологии платиновых металлов (Москва, апрель 2001г.). - Москва, 2001. - С.223.

14. Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Котельва Р.В. Водородоупругое формоизменение палладиевой пластины // Водородная обработка материалов: Труды III Междунар. конф. “ВОМ-2001”. - Донецк (Украина). - 2001. - Ч. 1. - С. 106-108.

15. Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Котельва Р.В. Воздействие водорода на палладиевую пластину и ее формоизменение // Тез. докл. XYI Междунар. Черняевского совещания по химии, анализу и технологии платиновых металлов (Екатеринбург, октябрь 1996г.). - Екатеринбург, 1996. - С.122.

16. Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Котельва Р.В. Формоизменение палладиевой пластины при возникновении и релаксации водородоупругих напряжений// Водородная обработка материалов: Сб. информ. матер.II Междунар. конф. “ВОМ-98”. - Донецк (Украина). - 1998. - Ч. 1. - С. 106.

17. Zh.L.Glukhova, V.A.Goltsov, R.V.Kotelva Regularities of palladium shape change upon its one-side hydrogen saturation and subsequent degassing // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, Issue 1 (Sarov -2000).- July 2000.- Vol. 1.- P. 110-111.

Размещено на Allbest.ru