Закономерности влияния водорода на структуру и электрофизические свойства титана ВТ1-0

Сюй Шупэн
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение …………………………………………………………………………………………………………… 4
Глава 1. Современные исследования структуры и электрофизических свойств
титана ВТ1-0 при его наводороживании ………………………………………………………….. 11
1.1 Влияние водорода на свойства металла ………………………………………………… 12
1.1.1 Кристаллическая структура в системе металл-водород …………………. 13
1.1.2 Диффузия водорода в металлах ……………………………………………………. 16
1.1.3 Влияние водорода на удельное сопротивление металлов ………………. 19
1.2 Газофазное наводороживание для сплавов титана…………………………23
1.3 Влияние материала покрытия на свойства наводороженных сплавов…….. 26
1.4 Влияние нейтронного облучения ………………………………………………………….. 29
1.5 Методы исследования дефектной структуры наводороженных металлов
(рентгеновский (XRD), вихретоковый, метод термоэдс)……………………………… 31
1.5.1 Метод XRD ………………………………………………………………………………….. 32
1.5.2 Вихретоковый метод ……………………………………………………………………. 35
1.5.3 Метод термоэдс……………………………………………………………………………. 41
1.6 Выводы по главе ………………………………………………………………………………….. 44
Глава 2. Исследование содержания водорода в титане вихретоковым методом … 45
2.1. Оборудование для вихретокового контроля …………………………………………. 47
2.2 Анализ концентрации водорода в титане ВТ1-0 с помощью
многочастотного вихревого тока………………………………………………………………… 48
2.3 Измерение содержания водорода в титане ВТ1-0 методом диэлектрических
потерь при распространении в нем вихревых токов ……………………………………. 52
2.4 Выводы по главе ………………………………………………………………………………….. 57
Глава 3. Исследование методом термоэдс титана ВТ1-0 с различным содержанием
водорода …………………………………………………………………………………………………………. 59
3.1 Оборудование для термоэлектрического контроли и влияние водорода на
величину термоэдс …………………………………………………………………………………….. 59
3.2 Изменение термоэдс при разных условиях и материалах ………………………. 62
3.3 Исследование изменения структуры, концентрации и типа дефектов
наводороживания в титане ВТ1-0 методом термоэдс ………………………………….. 70
3.3.1 Сравнение исследования титана ВТ1-0 методом
электронно-позитронной аннигиляции (ЭПА) и термоэдс………………..70
3.3.2 Изменение плотности дислокаций в титане ВТ1-0 с различным
содержанием водорода …………………………………………………………………………. 74
3.4 Выводы по главе ………………………………………………………………………………….. 82
Глава 4. Исследование неоднородно наводороженного образца, полученного
посредством барьерного покрытия нитрида титана TiN …………………………………… 83
4.1 Характеристика миграции водорода в неоднородно наводороженном
титане ВТ1-0 методом вихревых токов ………………………………………………………. 83
4.2 Исследование миграции водорода в титане ВТ1-0 методом термоэдс при
градиентном распределении водорода, созданном при барьерном покрытии
нитридом титана………………………………………………………………………………………… 87
4.3 Выводы по главе ………………………………………………………………………………….. 93
Глава 5. Влияние облучения нейтронов на содержание водорода в сплаве титана
ВТ1-0………………………………………………………………………………………………………………. 95
5.1 Механизм накопления водорода в титане при нейтронном облучении…… 97
5.2 Измерение термоэдс образцов титана до и после облучения нейтронами 102
5.3 Выводы по главе ………………………………………………………………………………… 104
Основные выводы …………………………………………………………………………………………. 106
Список использованной литературы ………………………………………………………………. 109

В настоящее время во всём мире осуществляется глобальный переход на водородную энергетику, где ключевыми моментами становятся технологии производства, хранения, транспортировки и извлечение водорода, а также применение водородных энергоносителей в различных секторах экономики. В связи с климатической повесткой такой переход характерен для многих стран Европы и Азии. Отдельные вопросы создания технологий получения, хранения и транспортировки водорода, представлены во многих научных работах [1–4]. Однако научные основы для безопасного и эффективного использования материалов для указанных выше технологий разработаны не в полной мере [5,6]. В частности, для вывода накопленного водорода используют тепло- и радиационно стимулированный способы. В этой связи для изучения материалов с целью их применения на практике используется большое число различных методов физического воздействия, вплоть до исследования природы изменения физических свойств [7,8]. Известные методы исследования свойств твёрдых тел (ТТ), содержащих водород (масс-спектрометрия, тлеющий разряд и др.), ориентированы на поверхностные слои ТТ и требуют дополнительной модификации образцов, которая, как правило, нарушает форму и структуру ТТ. Так, известно, что при нейтронном облучении происходит изменение изотопного состава технического титана. Нами установлено, что в данном случае водород не выделяется из наводороженного титана, как происходит при облучении электронами, а накапливается в нём [9]. Всё указанное требует создания эффективных методов исследования водородосодержащих материалов в отмеченных условиях. Таким образом, приобретают актуальность исследование закономерностей влияния водорода на структуру и электрофизические свойства материалов на примере промышленного титана и поиск эффективных способов воздействия на наводороженные материалы. Для изучения распределения водорода в структуре материала используется метод воздействия переменным
5
магнитным полем (вихревые токи различной частоты) и дополнительно метод термоэдс – интегральный анализ (локальные тепловые воздействия). И в том и в другом случае необходимы параметры, адекватно отражающие изменения свойств наводороживаемых материалов. В первом случае в качестве такого параметра выбран тангенс угла диэлектрических потерь, широко применяемый для исследования свойств плазмы различного вида, полупроводников и т.д. До настоящего времени этот параметр не использовался для систем [10–12], содержащих водород. Многие процессы, сопровождающие накопление водорода, требуют оперативного анализа миграции водорода при его накоплении в материалах и т.д., что, например, характерно для изделий, эксплуатируемых в условиях нейтронного облучения. Упомянутые исследования находят отражение в данной работе, в частности, рассмотрен механизм накопления водорода при облучении титана нейтронами. Водород, который накапливается в междоузлиях решетки, образует водородную подсистему, которая дополнительно существует в
поле внутреннего гамма-излучения, сопровождающего облучение нейтронами. Таким образом, изучение закономерности влияния водорода на титан ВТ1-0 позволит получить на основе экспериментальных методов распределение содержания водорода в титане ВТ1-0 как функцию градиента электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь, а также исследовать дефектность его структуры, влияние миграции на эти процессы, накопление водорода при нейтронном облучении в поле гамма-излучения. Всё вышеизложенное и
определяет актуальность данного исследования..
Степень разработанности темы. К настоящему времени проблема
взаимодействия водорода с металлами (титан) исследована достаточно подробно. Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли российские и зарубежные ученые А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин, Б.А Калин [13], Л.Б. Беграмбеков [14], В.А. Маркелов [15], С.А. Никулин [16], И.П. Чернов [3], Ю.И. Тюрин [17], А.М. Лидер [18, 19], B. Hanson, R. Shimskey [20], C. Lavender [21], A. Motta, K.B. Colas [22] и многие другие [23-26]. Большое внимание уделяется созданию методик исследования этих процессов. Хорошо разработаны методы

6
исследования дефектов, вызванных водородом, в различных материалах методом аннигиляции позитронов (К.П. Арефьев, А.М. Лидер). Что касается водорода, то нет исчерпывающего исследования содержания водорода в объёме материала наиболее эффективными и оперативными методами. Важное значение имеет получение и исследование материалов для защиты от водорода в сочетании с нейтронной защитой в ядерных реакторах. Знание содержания водорода необходимо для проведения оперативных измерений в области регулирования безопасности в многочисленных устройствах, использующих ядерные реакторы.
Исходя из этих соображений, определены цель и задачи настоящей работы. Целью настоящей работы является разработка экспериментальных методов изучения дефектной структуры водородосодержащих материалов и исследование на их основе процессов насыщения материалов водородом, его распределение в объёме, миграции водорода и изучения реакции насыщения
титана ВТ1-0 водородом при нейтронном облучении в поле гамма-квантов.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие
задачи:
1. Разработать метод исследования и создать модель исследования
распределения содержания водорода в титане ВТ1-0 как функцию градиента электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь.
2. Разработать способ определения структурных превращений в титане при насыщении водородом, и провести сравнительные исследования и апробацию предложенного способа, используя другие методы исследования.
3. Исследовать миграцию водорода в титане ВТ1-0 путём создания градиентного распределения водорода в образце титана, выбрав в качестве методов исследования измерение термоэдс и вихревых токов.
4. Разработать способ и исследовать реакцию образования водорода в титане ВТ1-0 под действием нейтронного облучения в условиях существования поля гамма-излучения для изучения наводороживания титана в этих условиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:

7
1. Впервые предложен способ определения послойной концентрации
водорода в титане ВТ1-0 путем измерения тангенса угла диэлектрических потерь вихревых токов. Показано, что диэлектрические потери в титане существенно зависят от содержания водорода в металле.
2. Разработан способ исследования изменения структуры титана ВТ1-0 в процессе его насыщения водородом. Апробация способа проведена в сравнении с результатами, полученными методом термоэдс и электронно-позитронной аннигиляции (ЭПА). При этом впервые установлены две характерные области влияния водорода в титане на величину термоэдс. Обнаруженное характерное изменение зависимости термоэдс от концентрации водорода позволяет установить концентрацию водорода в титане, при которой начинается процесс изменения структуры титана ВТ1-0. Показано, что переход из одного структурного состояния в другое наблюдается уже при концентрациях водорода в титане около 0,05 % по массе. Сопоставление структурно-фазового состояния титанового сплава в виде TiH2: 4.04 масс. % TiH: 2.02 масс. % TiH0,5: 1.01 масс. % позволяет осуществлять контроль вида соединений титана с водородом по измерению термоэдс на основе зависимости термоэдс от концентрации водорода в титане.
3. Разработан метод получения неравномерного распределения водорода в наводороженных сплавах путем магнетронного нанесения пленки TiN на часть образца титана, для его последующего наводороживания, исследованы её характеристики, функциональные защитные свойства и исследована миграция водорода в титане методами термоэдс и вихревых токов.
4. Впервые показано, что происходит наводороживание титана при облучении нейронами энергии 0.1 МэВ в условиях гамма-излучения с энергией 889 кэВ и 1120 кэВ, что сопровождается изменением величины термоэдс в титане ВТ1-0 на 20%.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Радиационное упрочнение и оптические свойства материалов на основе SiO2
    📅 2022год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Особенности формирования реальной структуры эпитаксиальных CVD-пленок алмаза с природным и модифицированным изотопным составом
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
    Исследование комплексной диэлектрической проницаемости конденсированных сред на основе новых методов терагерцовой импульсной спектроскопии
    📅 2021год
    🏢 ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»