Позитронная спектроскопия дефектной структуры деформированного сплава Ti-6Al-4V при высокотемпературном вакуумном отжиге и наводороживании.

В результате проделанной работы были проведены изменения параметров аннигиляции позитронов в образцах сплава Ti-6Al-4V до и после холоднокатаной пластической деформации, определён тип и концентрации дефектов в образцах сплава Ti-6Al-4V после холоднокатаной пластической деформации методами позитронной спектроскопии. Исследована зависимость изменения аннигиляционных характеристик образцов титанового сплава Ti-6Al-4V после пластической деформации при высокотемпературном вакуумном отжиге, а также проведено газофазное гидрирование образцов деформированного сплава Ti-6Al-4V до различных концентраций.

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 3
1. Особенности аннигиляции позитронов в деформационных и водород-
индуцированных дефектах …………………………………………………………………………. 5
1.1 Влияние пластической деформации на дефектную структуру титановых
сплавов …………………………………………………………………………………………………… 5
1.2 Влияние наводороживания на структуру и свойства титановых сплавов 7
1.3 Позитронная спектрометрия как метод исследования деформационных
дефектов ……………………………………………………………………………………………….. 10
2. Материал и методы исследования …………………………………………………………. 14
2.1 Титановый сплав Ti-6Al-4V марки ВТ6 ……………………………………………. 14
2.2 Холодная прокатка …………………………………………………………………………… 15
2.3 Измерение микротвердости ……………………………………………………………… 17
2.4 Рентгеноструктурный анализ……………………………………………………………. 17
2.5 Позитронная спектроскопия ………………………………………………………….. 17
2.5.1 Временное распределение аннигиляции позитронов …………………… 18
2.5.2 Спектрометрия совпадений доплеровского уширения
аннигиляционной линии …………………………………………………………………….. 23
2.6 Насыщение водородом из газовой среды ………………………………………….. 25
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность иресурсосбережение … 27
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ……………………………………………………………………………….. 27
5.2 SWOT-анализ…………………………………………………………………………………… 30
5.3 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………. 35
5.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………. 35
5.3.2 Разработка графика проведения научного исследования ……………… 36
5.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………………….. 41
5.5 Организационная структура проекта ………………………………………………… 46
5.6 Матрица ответственности ………………………………………………………………… 47
5.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования .. 49
1
6. Социальная ответственность. ………………………………………………………………. 54
6.1 Техника безопасности ………………………………………………………………………. 54
6.1.1 Промсанитария …………………………………………………………………………… 55
6.1.2Радиоактивность …………………………………………………………………………. 56
6.1.3 Электрическое напряжение…………………………………………………………. 56
6.1.4 Шум …………………………………………………………………………………………… 58
6.1.5 Освещенность …………………………………………………………………………….. 59
6.1.6 Электробезопасность ………………………………………………………………….. 62
6.1.7 Пожар взрывоопасность ……………………………………………………………… 64
6.2 Охрана окружающей среды ……………………………………………………………… 67
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 68
6.4 Перечень законодательного документа …………………………………………….. 69
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 72
Список используемых источников ……………………………………………………………. 73

В ходе рассмотрения безопасности и гигиены труда при осуществлении
работ по наводороживанию с помощью установки для послойного анализа и
спектрометров позитронной аннигиляций, были выявлены вредные и опасные
факторы рабочей зоны, причины и средства защиты, рассмотрены чрезвычайные
ситуации и поведение в них.
Заключение
В результате проделанной работы были проведены изменения
параметров аннигиляции позитронов в образцах сплава Ti-6Al-4V до и после
холоднокатаной пластической деформации, определён тип и концентрации
дефектов в образцах сплава Ti-6Al-4V после холоднокатаной пластической
деформации методами позитронной спектроскопии. Исследована зависимость
изменения аннигиляционных характеристик образцов титанового сплава Ti-6Al-
4V после пластической деформации при высокотемпературном вакуумном
отжиге, а также проведено газофазное гидрирование образцов
деформированного сплава Ti-6Al-4V до различных концентраций.
Основываясь на результатах исследований, показано, что высокая
плотность дислокаций и концентрация вакансионных комплексов формируются
в результате холодного прокатка. Позитроны захватываются вакансионными
комплексами, объединяющими 3 моновакансий (тривакансии) и дислокациями.
При увеличении степени деформации выше 2 %, все позитроны захватываются
дефектами, то есть происходит насыщенный захват. На основе τа, τb, τf
рассчитаны плотность дислокаций и концентрация тривакансий. Показано, что
тривакансии и дислокации полностью отжигаются при температурах больше
300 °С и 600 °С, соответственно.
Было проведено наводороживание деформированного титанового сплава
Ti-6Al-4V в диапазоне 0-0,05 масс. %. Наводороживание деформированного
сплава ВТ6 приводит к формированию новых типов дефектов,
предположительно крупных водород-вакансионных комплексов и водородной
атмосферы вокруг дислокаций.
Метод позитронной спектроскопия позволяет успешно исследовать
закономерности изменения дефектной структуры сплава Ti-6Al-4V при холодной
пластической деформации и наводороживании.

1.Perkins A., Carbotte J.P. – Phys. Rev. B. – 1970. – 1. – P. 101; Valkealahti S.,
Nieminen R.M. – Appl. Phys. B. – 1983. – 32. – P. 95.
2.Беспалов В.И. Взаимодействее ионизирующих излучений с веществом. –
изд.2– е, переруб. и доп. – Томск, 2006. – C. 368.
3.Ritchie R.H. – Phys. Rev. – 1959. – 144. – P. 644.
4.Jensen K.O., Walker A. – J. Phys.: Condense. Matter – 1990. – 2. – P. 9757.
5.Brandt W., in: Proceedings International School of Physics «Enrico Fermi»,
Course LXXXIII. – 1983. – P. 1.
6.Ritchie R. H. Interaction of charged particles with a degenerate Fermi–
Diracelectron gas //Physical Review. – 1959. – Vol. 114. – №. 3. – P. 644.
7.Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978. – С.
8.Saarinen K., Hautojarvi P., Corbel C. Identification of Defects in
Semiconductors// Academic Press. – 1998. – New York.
9.ГрафутинВ.И.,ПрокопьевЕ.П.,Применениепозитронной
аннигиляционной спектроскопии для изучения строения вещества//
Успехи физических наук. – 2002. – Т.172(1). – С. 67-84.
10.Bisi A., Faini G., Gatti E., Zappa L. Positron lifetime in metals. – Phys. Rev.
Letters. – 1960. – 2, V5. – P.59– 60.
11.Reino Aavikko. Positron Lifetime Spctroscopy: Digital Spectrometer and
experiments in SiC. – Helsinki University of Technology. – 2006. – P. 52.
12.Л.В. Спивак. Водород в металлах: учеб. Пособие: в 2 ч./ Пермский гос.
Ун-тю – Пермь, 2011. – Ч.1, 177с
13.Фридель Ж. Дислокации. М: Мир, 1967, 644 с..
14.Лотте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972, 600 с
15.Sticking G. J., Huber B.//Ber. Bussenges. phys. Chem. 1983, Bd. 87. P.418-
424;
16.H.Stoll, M.Koch, U.Lautff, et al. Annihilation of incompletely thermalized
positronium studied be age-momentum correlation. Appl. Surf. Sci, 1995.
85:17
17.Deutsch M. Three-Quantum Decay of Positronium [J]. Physical Review,
1951,83: 866-867.
18.Paul D A L, Saint-Pierre L. Rapid Annihilations of Positrons in Polyatomic
Gases [J]. Physical Review Letters, 1963, 11:493-496.
19.Zhang S B, Northrup J.E. Chemical potential dependence of defect formation
energies in GaAs: Application to Ga self-diffusion [J]. Physical Review Letters,
1991, 67:2339-2342.
20.Seong H, Lewis L J. Tight-binding molecular-dynamics study of point defects
in GaAs [J]. Physical Review B, 1995, 52:5675-5684.
21.P.Asoka-Kumar, M.Alatalo, V.J.Ghosh, et al. Increased Elemental Specificity
of Positron Annihilation Spectra Phys. Rev. Lett. 1996. 77: 2097.
22.S. Szpala, P.Asoka-Kumar, B. Nielsen, et al, Defect identification using the
core-electron contribution in Doppler-broadening spectroscopy of positron-
annihilation radiation. Phys. Rev. B. 1996. 54: 4722.Abstracts of 12th
International Conference on Positron Annihilation, Aug. 2000
23.P.G. Coleman, C.P. Burrows, R. Mahapatra, et al. Vacance-type defects in Ti/
Si/SiC dielectric stacks [J]. Appl. Phys., 2007. 102(1): 014106.
24.J. Kuriplach, M. Sob, G. Brauer, et al. Positron affinity in semiconductors:
Theoretical and experimental studies [J]. Phys. Rev. B, 1999. 59(3): 1948.
25.M.J. Puska, R.M. Nieminen. Theory of positrons in solids and on solid surfaces
[J]. Rev. Modern Phys. 1994, 66(3): 841.
26.H. Takenaka, D.J. Singh. Positron potential and wave function in LaFeAsO [J].
Phys. Rev. B, 2008. 77(15):155132.
27.Sawada, S., Yabuuchi, A., Maekawa, M., et al. (2013) Location and Size of
Nanoscale Free-Volume Holes in Crosslinked-Poly Tetrafluoroethylene-Based
Graft-Type Polymer Electrolyte Membranes Determined by Positron
Annihilation Lifetime Spectroscopy. Radiation Physics and Chemistry, 87, 46-
28.Chen, H., Cheng, M.L., Jean, Y., et al. (2008) Effect of CO2 Exposure on Free
Volumes in Polystyrene Studied by Positron Annihilation Spectroscopy.
Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 46, 388-405.
29.Zhao C J, Liu Y, Zhang J Y, Sun L, Ding L, Zhang P, Wang B Y, Cao X Z, Yu
G H 2012 Appl. Phys. Lett. 101 072404
30.Zhao C J, Ding L, Zhao Z D, Zhang P, Cao X Z, Wang B Y, Zhang J Y, Yu G
H 2013 Appl. Phys. A 116 845
31.Maheshwari P, Dutta D, Mukherjee S, Madhu P K, Mote K R, Pujari P K 2016
Phys. Chem. Chem. Phys. 18 12886
32.Subashiev A V, Nee H H. Hydrogen trapping at divacancies and impurity-
vacancy complexes in nickel:first principles study[J]. Journal of Nuclear
Materials, 2017, 487: 135-142. DOI:10.1016/j.jnucmat.2017.01.037
33.Cizek J, Melikhova O, Prochazka I. Hydrogen-induced defects and
multiplication of dislocations in Palladium[J]. Journal of Alloys & Compounds,
2015, 645(1): S312-S315. DOI:10.1016/j.jallcom.2014.12.155
34.Chen Q Z, Zhou G H, Huang Y Z, et al. Hydrogen-inducing nanovoids in thin
crystals of 310 stainless steel[J]. Journal of Materials Science, 1998, 33(19):
4813-4819. DOI:10.1023/A:100442621
35.Nagai Y, Takadate K, Tang Z, et al. Positron annihilation study of vacancy-
solute complex evolution in Fe-based alloys[J]. Physical Review B, 2003,
67(22): 224202. DOI:10.1103/PhysRevB.67.224202
1.3 Positron spectrometry as a method for studying deformation defects