Научная статья на тему 'ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЯМЫХ α→β ГИДРИДНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В РАЙОНЕ КУПОЛА ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ PD-H'

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЯМЫХ α→β ГИДРИДНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В РАЙОНЕ КУПОЛА ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ PD-H Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
26
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ / PHASE TRANSFORMATIONS / СИСТЕМА PD-H / PD-H SYSTEM / ГИДРИДЫ / HYDRIDES / КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА / CRITICAL POINT

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Жиров Григорий Иванович, Гольцова Мария Викторовна

Показано, что прямые гидридные фазовые превращения в области купола развиваются по классическому механизму зарождения и роста зародышей. При этом при пониженных температурах морфология продуктов превращения имеет смешанный характер, т.е. массивный рост зародышей новой фазы сменяется выбрасыванием иглообразных отростков и дальнейшим их переформированием. При температурах, близких к критической точке, превращение происходит механизмом, который не приводит к изменениям на полированной поверхности образца.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Жиров Григорий Иванович, Гольцова Мария Викторовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Peculiarities of direct α→β hydride transformations evolition near cupola of two-phase region of Pd-H system

It is shown that they are developed by the classical mechanism of generation and growth. Thus, at low temperatures, the morphology of the transformation products is mixed, i.e. the massive growth of new phase nuclei is replaced by removing the needlelike outgrowths and their further rearrangement. At temperatures which are close to the critical point the transformation develops in the way of a mechanism that does not lead to changes in the polished sample surface.

Текст научной работы на тему «ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЯМЫХ α→β ГИДРИДНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В РАЙОНЕ КУПОЛА ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ PD-H»

STRUCTURAL MATERIALS

Статья поступила в редакцию 31.08.15. Ред. рег. № 2325 УДК 669.234.017.3

The article has entered in publishing office 31.08.15. Ed. reg. No. 2325

10.155187isjaee.2015.17-18.011

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЯМЫХ а^р ГИДРИДНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В РАЙОНЕ КУПОЛА ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМЫ Pd-H

Г.И. Жиров, М.В. Гольцова

Белорусский национальный технический университет Республика Беларусь, 220013, Минск, пр. Независимости, д. 65 E-mail: m_goltsova@mail.ru

Заключение совета рецензентов: 03.09.15 Заключение совета экспертов: 06.09.15 Принято к публикации: 09.09.15

Изучены особенности прямых гидридных а^Р превращений в районе купола двухфазной области в термодинамически открытой системе палладий-водород.

Показано, что прямые гидридные фазовые превращения в области купола развиваются по классическому механизму зарождения и роста зародышей. При этом при пониженных температурах морфология продуктов превращения имеет смешанный характер, т.е. массивный рост зародышей новой фазы сменяется выбрасыванием иглообразных отростков и дальнейшим их переформированием. При температурах, близких к критической точке, превращение происходит механизмом, который не приводит к изменениям на полированной поверхности образца.

Ключевые слова: фазовые превращения, система Pd-H, гидриды, критическая точка.

PECULIARITIES OF DIRECT а^р HYDRIDE TRANSFORMATIONS EVOLITION NEAR CUPOLA OF TWO-PHASE REGION OF Pd-H SYSTEM

G. I. Zhirov, M.V. Goltsova

Belarusian National Technical University 65 Nezavisimosty Ave, Minsk, 220013, Republic of Belarus; e-mail: m_goltsova@mail.ru

Referred: 03.09.15 Expertise: 06.09.15 Accepted: 09.09.15

Peculiarities of direct hydride а^Р transformations evolution near cupola of two-phase region of Pd-H system are experimentally studied.

It is shown that they are developed by the classical mechanism of generation and growth. Thus, at low temperatures, the morphology of the transformation products is mixed, i.e. the massive growth of new phase nuclei is replaced by removing the needlelike outgrowths and their further rearrangement. At temperatures which are close to the critical point the transformation develops in the way of a mechanism that does not lead to changes in the polished sample surface.

Keywords: phase transformations, Pd-H system, hydrides, critical point.

П lifi

Григорий Иванович Жиров Grigoriy I. Zhirov

Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, ст. преподаватель кафедры технической физики Белорусского национального технического университета.

Образование: Донецкий национальный технический университет (1998).

Область научных интересов: взаимодействие водорода с металлами, структурно-фазовые превращения в палладии и его сплавах.

Публикации: более 30.

Information about author: Candidate of Science (Physics and Mathematics), Lecturer, Senior Lecturer at the Technical Physics Department of the Belarusian National Technical University.

Education: Donetsk National Technical University (1998).

Research area: hydrogen-metal interaction, structural and phase transformations in palladium and its alloys.

Publications: more than 30.

Мария Викторовна

Гольцова Maria V. Goltsova

Сведения об авторе: канд. техн. наук, ст. преподаватель Белорусского национального технического университета, лауреат Премии НАН Украины для молодых ученых (2001).

Образование: Донецкий национальный технический университет (1995).

Область научных интересов: взаимодействие водорода с металлами и структурно-фазовые превращения в системах палладий (сплавы палладия) - водород.

Публикации: более 80.

Information about author: PhD (Candidate of Science, Metal Science and Engineering), Senior Lecturer of Belarusian National Technical University, winner of Ukrainian National Academy of Science Award for young scientists (2001).

Education: Donetsk National Technical University (1995).

Research area: metal-hydrogen interactions and structural and phase transformations in palladium (its alloys) - hydrogen systems.

Publications: more than 80.

Введение

В физике твердого тела и физике металлов общеизвестным является то, что в результате внешнего воздействия в полиморфных материалах реализуются фазовые превращения: мартенситные, бейнитные, диффузионные, превращения смешанного типа и т.д. [1-4].

В термодинамически открытых системах фазовые переходы могут быть вызваны как изменением температуры, так и изменением давления. Одними из видов фазовых превращений, индуцированных водородом в системах Ме-Н, являются гидридные превращения, которые имеют особую диффузионно-кооперативную природу [5-7]. Сущность этой природы заключается в том, что в неравновесных условиях в системах Ме-Н имеют место взаимообусловленные и взаимозависимые синергетические перестройки водородной подсистемы и металлической матрицы. При этом атомные перестройки водородной и металлической подсистем осуществляются принципиально различными механизмами. Водородная подсистема перестраивается диффузионным путем, а кристаллическая решетка - кооперативным, мартенситоподобным механизмом.

Важной отличительной чертой гидридных (диффузионно-кооперативных) фазовых превращений, в соответствии с [5, 7], является то, что внутренние водородные напряжения, их возникновение, перераспределение и релаксация играют огромную роль в развитии гидридных превращений. В настоящее время известны два типа водородных напряжений [8].

Во-первых, это напряжения, обусловленные разностью удельных объемов превращающихся фаз и бездиффузионным механизмом перестройки их кристаллических решеток. Эти напряжения называются «водородофазовыми напряжениями», или ВФ-напряжениями [6]. Другой тип напряжений - это водородные концентрационные напряжения (ВК-напряжения), возникающие в металле при наличии

градиентов концентрации водорода. Фундаментальная особенность гидридных превращений заключается в том, что поля упругих напряжений и поля концентрации водорода взаимосвязаны и взаимно обусловлены. Они синергетически реагируют на все изменения внешних параметров и на ход развития гидридного превращения [7].

Эксперименты, описанные в данной работе, дают новую, полезную возможность для раскрытия некоторых конкретных особенностей гидридных фазовых превращений в системах Ме-Н в условиях их термодинамической открытости и обмена с внешней средой не только энергией, но и веществом (водородом).

Материал и образцы для исследования

В настоящей работе материалом для исследований служил палладий чистотой 99,98%, который содержал следующие микропримеси: Р1 - 0,009%, ЯИ -0,002%, Бе - 0,002%, 1г, Аи, N1, 1п, 81 - не более 0,0001%.

На Екатеринбургском заводе по обработке цветных металлов (ЕЗОЦМ) из указанного палладия была изготовлена проволока диаметром 0,5 мм. В нагарто-ванном состоянии поставки (~95% деформации) палладий имел следующие механические характеристики: ов = 297 Н/мм2; о0,2 = 224 Н/мм2; 5 = 1,1%.

Из указанной палладиевой проволоки изготавливались образцы для исследований применительно для параметров водородовакуумной установки ВВУ-2 [9] следующим образом.

Проволочные образцы палладия длиной 23 мм и диаметром 0,5 мм предварительно изгибали П-образно. Затем их отжигали в вакууме ~1 Па при 1000 °С в течение 1 часа и охлаждали вместе с печью до комнатной температуры. Величина зерна палладия после отжига составляла 150 мкм.

На верхней части образцов готовили металлографические шлифы по специально разработанной методике, сводящей к минимуму наклеп в приповерх-

ностных слоях образца. Для этого П-образный образец зажимали двумя пластиковыми пластинами в мини-струбцине. Затем поверхность образца шлифовали на фотобумаге с использованием мелкодисперсной алмазной пасты. В процессе шлифования верхняя часть образца стачивалась на глубину 0,10,2 мм; в среднем площадь шлифа составляла —0,45x2,6 мм. Окончательное полирование осуществляли на влажной бархатной ткани. После полировки шлиф очищали медицинским спиртом, извлекали из струбцины и монтировали в рабочую камеру установки ВВУ-2.

Установка позволяет реализовать на одном образце две методики исследований: методику оптической микроскопии с видеозаписью протекающих изменений на поверхности шлифа в реальном времени и методику измерения электросопротивления.

Подробно схема водородовакуумной установки и методика исследований приведена в работе [10].

Видеозапись изменений поверхности образца обрабатывалась с помощью компьютера. Точность покадрового анализа составляла 0,04 секунды. Оцифрованная информация обрабатывалась с помощью программ: Pinnacle Studio, Adobe Premiere, Corel.

Результаты эксперимента

Во всех экспериментах, выполненных на установке ВВУ-2, отожженный образец палладия первоначально нагревали в вакууме (~1 Па) до 350 °С (со скоростью 5-7 °С/мин) и выдерживали при этой температуре до стабилизации электросопротивления. Далее образцы медленно насыщали водородом (со скоростью 0,1-0,2 МПа/мин) для получения исходных отожженных сплавов PdHx. Параметры обработок обобщены в табл. 1. Далее для каждого нижеописанного способа подготовки отожженных образцов укажем подход, используемый для инициации в них фазово-структурных превращений.

Таблица1

Экспериментальные параметры водородных обработок, обеспечивающих получение отожженных сплавов палладий-водород

Table 1

Experimental parameters of hydrogen treatments to produce annealed alloys palladium-hydrogen

№ п/п Параметр Значение

1 Скорость нагрева/охлаждения в вакууме, °С/мин 5-7/3-5

2 Скорость нагрева/охлаждения в водороде, °С/мин 2-4/2-3

3 Скорость напуска/эвакуации водорода, МПа/мин 0,1-0,2/ 0,05-0,1

4 Среднее время выдержки в вакууме, мин ~10

5 Среднее время выдержки в водороде, мин не менее 10

Рассмотрим подробно проведение каждого отдельного эксперимента.

Всего было выполнено пять экспериментов, условия проведения которых обобщены в табл. 2. После выдержки образца в вакууме при температуре Т = 350 °С и напуска в рабочую камеру водорода до давления Рн2кр МПа (см. табл. 2, колонка 3) производили выдержку до стабилизации электросопротивления. Далее осуществляли медленное охлаждение до Ткр (колонка 2) при постоянном давлении водорода (Рщ кр = const). В результате система Pd-H приводилась к критическим условиям с максимально возможным содержанием водорода в а-фазе (amax-PdHx).

Таблица 2

Условия инициации прямых гидридных фазовых превращений переохлаждением сплавов a ^x-PdH*

Table 2

Conditions of direct hydride phase transformations initiation by a max-PdHI alloys overcooling

№ п/п Равновесная температура, у1 о 1 кр; ^ Равновесное давление водоро- д^ Рн2кР, Мш Состав снлава amax-PdHx Переохлаждение АТ, °С Температура превращения, Т, °С Пересыщение, Ax* Длительность превращения, с

1 2 3 4 5 6 7 8

1 273 1,5 PdH0,17 33 240 0,06 150

2 277 1,6 PdH0,18 9 266 0,02 210

3 281 1,7 PdH0,19 16 265 0,03 270

4 285 1,8 PdH0,2 15 270 0,03 450

5 288 1,9 PdH0,22 - - -

Ax - пересыщение сплава amax-PdHx но водороду, достигаемое носле его переохлаждения от Ткр до температуры эксперимента.

Инициация прямого гидридного превращения достигалась переохлаждением сплава a^-Pd^. от температуры Ткр со скоростью 2-3 °С/мин ( PH кр =

= const). Как только замечали первые признаки a^-ß превращения, охлаждение останавливали и развитие превращения изучали далее в изобарическо-изотер-мических условиях.

Далее опишем структурно-морфологические особенности a^ß гидридных превращений в зависимости от условий эксперимента (табл. 2).

Эксперимент № 1. Условия проведения эксперимента приведены в табл. 2 (эксп. № 1). Результаты эксперимента обобщены на рис. 1.

Рис. 1. Морфология прямого а^р гидридного фазового превращения, инициированного переохлаждением сплава amax-PdH0,17 при Рн2 = 15 МПа = const. Время от начала превращения на поверхности: а - 0 с; b - 1 с; c - 8 с; d - 17 с; e - 20 с; f - 24 с; g - 27 с; h - 31 с; i - 39 с; j - 41 с;

k - 44 с; l - 150 с Fig.1. Morphology of direct a^p hydride phase transformation initiated by overcooling of amax-PdH017 alloy at Рн2 = 15 МРа = = const. Time from beginning transformation at surface: а - 0 s; b - 1 s; c - 8 s; d - 17 s; e - 20 s; f - 24 s; g - 27 s; h - 31 s; i - 39 s; j - 41 s; k - 44 s; l - 150 s

Как видно из рис. 1, а, в исходном равновесном состоянии (Ткр = 273 °С, РН кр = 1,5 МПа) сплав а^х-

РаН0,17 сохранил отожженное состояние с плоской полированной поверхностью. При переохлаждении

образца до 240 °С в верхней части шлифа (рис. 1, b, стрелка А) было замечено появление ß-фазы в виде массивно растущего выделения. Охлаждение было остановлено, и последующий ход превращения осуществляли в изотермических и изобарических условиях (Тэксп = 240 °С, Рщ эксп = 1,5 МПа). Как видно из

табл. 1, гидридное превращение стало развиваться при величине переохлаждения ДТ = 33 °С, которому соответствует пересыщение сплава по водороду Дх = = 0,06. Из рис. 1, b, c, d хорошо видна динамика роста массивного гидридного выделения.

Как показал анализ видеозаписи, по прошествии 17 с характер роста ß-фазы изменился. Рост массивного выделения затормозился (рис. 1, d). Интересно, что далее из массивного выделения произошел выброс игловидного ß-отростка, который стал быстро расти справа налево (см. рис. 1, e, стрелка Б). Далее, достигнув своих максимальных размеров, игловидный отросток прекратил свой интенсивный «продольный» рост, а через ~1 с от момента своего образования он начал разрастаться и сливаться с материнским массивным гидридом (рис. 1, f). В последующем вновь произошло торможение роста массивного гидрида и ситуация повторилась, а именно, вновь произошел выброс игловидного выделения (рис. 1, g, стрелка В). Динамика его развития и постепенного превращения в массивный гидрид наглядно видна на рис. 1, h-l).

Как видно из рис. 1, I, по завершении прямого гидридного превращения исходно полированная плоская поверхность шлифа оказалась достаточно сильно и неравномерно деформированной. Общее время превращения на поверхности шлифа составило ~150 с.

В описанной выше морфологической картине развития a^ß превращения особый интерес представляет зафиксированная смена структурного механизма роста гидридной фазы, когда массивно растущий гидрид замедляет свой рост и затем «выбрасывает» иглообразный гидридный отросток. Этот экспериментальный результат, полученный нами при повышенной температуре, хорошо согласуется с данными работы [9], в которой авторы наблюдали подобную смену структурного механизма a^ß гид-ридного превращения при более низкой температуре (a^ß превращение при 170 °С).

Описанная смена структурного механизма гид-ридного a^ß превращения представляет несомненный интерес в рамках задачи физики металлов о фазовых превращениях и, в общем, для проблемы взаимодействия водорода с материалами. Особый интерес представляет получение количественных характеристик, а именно, скоростей роста, длительности временных интервалов роста и остановок роста массивных и игловидных гидридных фаз и т. д. Соответственно, эти задачи были поставлены и решены в эксперименте № 2.

Эксперимент № 2 (табл. 1). Гидридное превращение стало развиваться при переохлаждении сплава amax-PdH018 на 9 °С ниже критической точки (ГКр = 277 °С, /НгКр = 1,6 МПа). Подробный анализ

этого превращения проведен в работе [11]. Морфологически особенности этого превращения аналогичны представленным в эксперименте № 1, поэтому подробно мы их не рассматриваем.

Эксперименты № 3-5. В ниже описанных экспериментах выяснилось, что с приближением температуры превращения к вершине купола (a+ß)-области (Ткр = 292 °С) морфологические особенности a^ß превращения претерпевают существенные изменения. Далее рассмотрим и проанализируем морфологические особенности прямых a^ß гидридных превращений в этих условиях.

Как показал анализ видеозаписи экспериментов № 3 и 4 (табл. 2), при давлении PH = 1,7 МПа = const,

Ткр = 281 °С и = 1,8 МПа = const, ТКр = 285 °С гид-

ридные превращения реализуются только путем роста массивных выделений Р-фазы. При этом выброс игольчатых гидридов, который имел место при более низких температурах и давлениях, теперь не наблюдается. Сказанное проиллюстрировано далее результатами эксперимента № 4 (табл. 2).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Эксперимент № 4. Превращение было инициировано переохлаждением исходного сплава amax-PdH02 (Ткр = = 285 °С, РНкр = 0,18 МПа) и развивалось при 270 °С в

изотермическо-изобарических условиях.

Как видно на рис. 2, b, по сравнению с рис. 2, а, фазовое превращение начинается ростом Р-фазы от края шлифа массивным фронтом. На рис. 2, b, c, d хорошо видна динамика роста Р-фазы. Массивному росту Р-гидрида сопутствует при этом выделение границ зерен палладия (рис. 2, d, стрелки А). Динамика оккупирования поверхности шлифа Р-фазой хорошо представлена на рис. 2, d-g.

Так, стрелками В (рис. 2, e) и С (рис. 2, f отмечено смещение границы раздела двух фаз. Видно (рис. 2, c-f), что выделившиеся в процессе превращения границы зерен сохраняются в этом состоянии и по завершении превращения на поверхности шлифа (рис. 2, g). Поверхность шлифа оказывается при этом необратимо деформированной и сохраняется таковой по завершении эксперимента (Ткомн, воздух). Общее время превращения на поверхности в эксперименте № 4 составило 450 с.

В эксперименте № 5 был получен сплав amax-PdH022 (см. табл. 2). При температуре Ткр = 288 °С (Рн2кр = 1,9 МПа), что на 4 °С ниже критической температуры системы Pd-H. При медленном переохлаждении этого сплава на поверхности шлифа не было зафиксировано никаких изменений. Это согласуется с данными работы [12], в которой изучались обратные гидридные превращения, в том числе и в районе купола системы Pd-H.

Рис. 2. Морфология прямого а^р гидридного фазового превращения, инициированного переохлаждением сплава amax-PdH0,2 при Рн2 = 18 МПа = const. Время от начала превращения на поверхности : а - 0 с; б - 80 с; в - 140 с; г - 230 с; д - 310 с; е - 390 с; ж - 480 с; з - вакуум, Гкомн Fig. 2. Morphology of direct a^p hydride phase transformation initiated by overcooling of amax-PdH02 alloy at Рн2 = 18 МРа = = const. Time from beginning transformation at surface: а - 0 s; b - 80 s; c - 140 s; d - 230 s; e - 310 s; f - 390 s; g - 480 s; h - vacuum, rroom

Обсуждение результатов эксперимента

Итак, обобщим и проанализируем результаты выполненных экспериментов, исходя из имеющихся знаний о системе Р^И, о диффузионно-кооперативной природе систем Ме-Н и гидридных превращений. Напомним, что любая структурная перестройка системы Р^И при ее насыщении водородом сопровождается возникновением в сплавах сильных внутренних напряжений двух видов: водородных концентрационных (ВК-) напряжений и водородофа-зовых (ВФ-) напряжений [8].

Далее необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. Поставленная в работе цель

- изучить воздействие водорода на сплавы Р^Н именно в районе купола двухфазной области [13, 14]

- представляет особый интерес, так как, изменяя температуру эксперимента в этой области, можно закономерно и сильно изменять от эксперимента к эксперименту разность удельных объемов а- и Р-фаз (ДК/К). Это наглядно видно из рис. 3, где представлена температурная зависимость ДУ/У, рассчитанная нами на основе данных работ [13, 14]. Соответственно, повышая температуру эксперимента и приближаясь к Ткр, мы имеем возможность закономерным образом варьировать уровень возникающих водородных напряжений: ВФ-напряжений и ВК-напряжений, обусловленных возникновением градиентов концентрации водорода, необходимых для доставки водорода к выделениям Р-фазы.

Рис. 3. Зависимость от температуры разности

удельных объемов превращающихся фаз (amax-PdHx и Pmin-PdHji+Ax) при изотермических гидридных превращениях в системе Pd-H Fig. 3. Dependence of transforming phases specific

volumes difference (amax-PdHx и pmin-PdHx+A<) on temperature at isothermal hydride transformations in Pd-H system

В целом особенность выполненных экспериментов состоит в том, что в каждом из реализованных способов инициации гидридных фазовых превращений (в нашем случае переохлаждением) на начальном этапе водородного воздействия доминировала какая-то одна система водородных напряжений, а именно, либо ВФ-, либо ВК-напряжений. Это и опре-

деляло (в главном) специфику поведения системы Р^Н при а^(а+Р)^Р переходах в конкретных условиях наших экспериментов. Далее, в свете вышесказанного, кратко суммируем наши взгляды на основные экспериментальные результаты настоящей работы.

Об особенностях а—Р гидридных превращений в сплавах аПаХ-Р^Нх, инициируемых

переохлаждением ниже критической точки

В исходных сплавах Ош^-РШ^ до начала развития превращения отсутствуют как ВФ-, так и ВК-напряжения (градиентов концентрации водорода нет, выделений Р-фазы еще нет). При малых и достаточно быстрых переохлаждениях ВК-напряжения не возникают. Термическими напряжениями из-за их очевидной малости будем пренебрегать. Теперь исходные сплавы, будучи переохлажденными, становятся неравновесными. При этом средняя концентрация водорода, одинаковая по всему объему образцов, находящихся в а-состоянии, оказывается теперь больше равновесной концентрации в новых условиях на величину Дх. Соответственно, возникает термодинамическая движущая сила, которая уже на начальном этапе требует развития а^Р гидридного превращения во всем объеме образца.

В согласии с литературными данными [9-12, 15] в настоящей работе показано, что при относительно низких температурах (рис. 1) гидридные превращения реализуются по классическому механизму зарождения и роста. Зарождение и рост выделений новой Р-фазы приводят к возникновению и перманентному переформированию системы внутренних (ВФ- и ВК-) напряжений, где, по нашему мнению, доминируют ВФ-напряжения. Интересно, что при таком способе инициации и при таких условиях эксперимента при развитии а^Р превращения экспериментально зафиксирована реализация явления термо-баро-упруго-диффузионного (ТБУД) торможения роста массивных Р-выделений и достижение ТБУД-равновесия превращающихся а- и Р-фаз [11]. Срыв ТБУД-равновесия вследствие продолжающегося действия термодинамической движущей силы реализуется новым структурным механизмом - выбросами иглообразных гидридов.

С приближением температуры превращения к Ткр = 292 °С разность удельных объемов превращающихся а- и Р-фаз (рис. 3) быстро уменьшается. Это приводит к фундаментальным последствиям. Вследствие уменьшения ВФ- и ВК-напряжений сначала с ростом температуры гидридное превращение начинает реализовываться только путем роста массивных выделений Р-фазы. Причем ТБУД-торможе-ние и ТБУД-равновесие теперь не реализуются и не наблюдается смена массивного роста выбросом игловидных выделений (игольчатых гидридов). Новая Р-фаза растет монотонно.

В условиях, совсем близких к критической точке, и при малых переохлаждениях ВФ- и ВК-напряжения становятся столь слабыми, что на поверхности шлифа вообще не наблюдается никаких изменений.

Выводы

1. Систематически изучены «in situ» с видеозаписью и покадровым анализом гидридные фазовые превращения в приповерхностных слоях сплавов палладий-водород в районе купола двухфазной области и установлены их структурно-морфологические особенности в зависимости от используемых способов инициации превращений и условий их проведения (по отношению к критической температуре системы Pd-H).

2. Экспериментально установлено, что при инициации гидридных a^P фазовых превращений переохлаждением сплавов amax-PdHx указанные превращения подчиняются нижеописанным фазово-структурным закономерностям:

2.1. При относительно низких температурах превращения осуществляются по классическому механизму зарождения и роста. При этом реализуется

термо-баро-упруго-диффузионное (ТБУД) торможение роста Р-выделений и временная остановка их роста при достижении ТБУД-равновесия превращающихся фаз. Срыв ТБУД-равновесия осуществляется сменой структурного механизма превращения, и исходные массивные Р-выделения «выбрасывают» быстро растущие иглообразные Р-отростки; в последующем иглообразные Р-отростки «утолщаются», скорость их роста замедляется и они переформировываются в составные части исходных массивных Р-выделений.

2.2. При приближении температуры фазового перехода к критической температуре системы Р^Н структурно-морфологический механизм гидридного а^Р превращения претерпевает существенные изменения. Сначала при повышении температуры механизм зарождения и роста сохраняется, но механизм ТБУД-торможения не работает, и а^Р переход осуществляется только путем роста массивной Р-фазы. При дальнейшем приближении температуры к Ткр переход из а- в Р-область осуществляется без изменений на полированной поверхности сплавов палладий-водород.

Список литературы

1. Гольдшмидт Х.Дж. Сплавы внедрения / пер. с англ. М.: Мир, Вып. 2. 1971.

2. Андриевский Р.А., Уманский Я.С. Фазы внедрения. М.: Наука, 1977.

3. Кристиан Дж.У. Фазовые превращения // Физическое металловедение. М.: Металлургия, 1968. С. 227-346.

4. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: учебник. М.: Металлургия, 1986.

5. Гольцов В.А. Явления, обусловленные водородом и индуцированными им фазовыми превращениями // Взаимодействие водорода с металлами / отв. ред. А.П. Захаров. М.: Наука, 1987. Гл. 9. С. 264-292.

6. Goltsov V.A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya Ltd, 2001. P. 3-36.

7. Гольцов В.А. О природе диффузионно-кооперативных (гидридных) превращений // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1987. № 1. С. 88-96.

8. Progress in Hydrogen Treatment of Materials / editor V.A. Goltsov. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya Ltd., 2001.

9. Гольцов В.А., Артеменко Ю.А. Кинетические и морфологические особенности гидридных превращений в системе палладий-водород // Физика металлов и металловедение. 1991. № 2. С. 181-188.

References

1. Gol'dsmidt H.Dz. Splavy vnedrenia / per. s angl. M.: Mir, Vyp. 2. 1971.

2. Andrievskij R.A., Umanskij A.S. Fazy vnedrenia. M.: Nauka, 1977.

3. Kristian Dz.U. Fazovye prevrasenia // Fiziceskoe metallovedenie. M.: Metallurgia, 1968. S. 227-346.

4. Novikov I.I. Teoria termiceskoj obrabotki metallov: ucebnik. M.: Metallurgia, 1986.

5. Gol'cov V.A. Avlenia, obuslovlennye vodorodom i inducirovannymi im fazovymi prevraseniami // Vzaimodejstvie vodoroda s metallami / otv. red. A.P. Zaharov. M.: Nauka, 1987. Gl. 9. S. 264-292.

6. Goltsov V.A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya Ltd, 2001. P. 3-36.

7. Gol'cov V.A. O prirode diffuzionno-kooperativnyh (gidridnyh) prevrasenij // Izv. vuzov. Cvetnaa metallurgia. 1987. № 1. S. 88-96.

8. Progress in Hydrogen Treatment of Materials / editor V.A. Goltsov. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya Ltd., 2001.

9. Gol'cov V.A., Artemenko U.A. Kineticeskie i morfologiceskie osobennosti gidridnyh prevrasenij v sisteme palladij-vodorod // Fizika metallov i metallovedenie. 1991. № 2. S. 181-188.

10. Гольцова М.В., Артеменко Ю.А., Зайцев В.И. Особенности кинетики дегазации и гидридного бета-альфа превращения в термодинамически открытой системе палладий-водород // Физика металлов и металловедение. 1997. Т. 84. С. 140-143.

11. Жиров Г.И., Гольцова М.В. Экспериментальное подтверждение явления термо-баро-упруго-диффузионного равновесия превращающихся фаз при гидридных превращениях // Физика металлов и металловедение. 2002. Т. 94, № 1. С. 70-74.

12. Goltsova M.V. Reverse hydride transformations in the Pd-H system // International Journal of Hydrogen Energy, Volume 31, Issue 2, February 2006, P. 223-229.

13. Водород в металлах / ред. Г. Алефельд и И. Фёлькль; пер с англ. М.: Мир, 1981. Т. 1, Т. 2.

14. Фромм Е., Гебхардт Е. Газы и углерод в металлах / пер. с англ. М.: Металлургия, 1980.

15. Goltsova M.V., Artemenko Yu.A., Zaitsev V.I. Kinetics of reverse P^a hydride transformation in thermodynamically open palladium-hydrogen system // J. Alloys and Compounds. 1999. Vols 293-295. P. 379384.

10. Gol'cova M.V., Artemenko U.A., Zajcev V.I. Osobennosti kinetiki degazacii i gidridnogo beta-al'fa prevrasenia v termodinamiceski otkrytoj sisteme palladij-vodorod // Fizika metallov i metallovedenie. 1997. T. 84. S. 140-143.

11. Zirov G.I., Gol'cova M.V. Eksperimental'noe podtverzdenie avlenia termo-baro-uprugo-diffuzionnogo ravnovesia prevrasausihsa faz pri gidridnyh prevraseniah // Fizika metallov i metallovedenie. 2002. T. 94, № 1. S. 70-74.

12. Goltsova M.V. Reverse hydride transformations in the Pd-H system // International Journal of Hydrogen Energy, Volume 31, Issue 2, February 2006, P. 223-229.

13. Vodorod v metallah / red. G. Alefel'd i I. Fёl'kl'; per s angl. M.: Mir, 1981. T. 1, T. 2.

14. Fromm E., Gebhardt E. Gazy i uglerod v metallah / per. s angl. M.: Metallurgia, 1980.

15. Goltsova M.V., Artemenko Yu.A., Zaitsev V.I. Kinetics of reverse a^P hydride transformation in thermodynamically open palladium-hydrogen system // J. Alloys and Compounds. 1999. Vol. 293-295. P. 379-384.

Транслитерация по ISO 9:1995

- TATA — OO

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.