Механизмы радиационно-стимулированной диффузии и выход водорода из Ti, Zr, Pd и Ni

Омар, Нариман Ерганатулы Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Экспериментально показано, что при нагреве насыщенных водородом (дейтерия) образцов титана электронным пучком наблюдается заметное смещение максимума радиационно-стимулированного выделения водорода (дейтерия) в низкотемпературную область по сравнению с термической стимуляцией. Рассмотрены диффузионные уравнение при наличии радиационного возбуждения, выполнено сравнение решений диффузионного уравнения при наличии радиационного возбуждения с экспериментальными данными.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 16
1. Водород в металлах и радиационное воздействие ………………………………… 19
1.1 Взаимодействие водорода с металли ………………………………………………. 19
1.2 Взаимодействие водорода с Ti, Zr, Pd и Ni ……………………………………… 22
1.3 Физические основы процессов радиационно-стимулированной
диффузии водорода в металлах и сплавах ……………………………………………….. 27
1.4 Диффузия водорода в металле ……………………………………………………….. 27
1.5 Укорение диффузии при облучении ………………………………………………. 29
1.6 Структура металла при облучении ионизирующим излучением с
энергией ниже порога образования радиационных дефектов …………………. 31
2. Методы исследования и эксперимента ………………………………………………… 35
2.1. Способы насыщения металлов водородом ……………………………………… 35
2.2 Насыщение металлов водородом методом Сивертса ……………………….. 35
2.3 Насыщение металлов водородом при электролизе ………………………….. 36
2.4 Высоковакуумная установка для исследования термо – и радиационно-
стимулированного газовыделения ………………………………………………………….. 37
2.5 Методика исследования термо-стимулированного десорбции ………….. 38
2.6 Методика исследования радиационно-стимулированной десорбции . 41
2.7 Особенности применения установки ТСГВРСГВ …………………………… 43
3. Моделирование термо- и радиационно-стимулированного газовыделения
из Ti, Zr, Pd и Ni. …………………………………………………………………………………… 45
3.1 Метод конечных элементов …………………………………………………………… 45
3.2. Модель расчета для образцов конечной толщены и полубесконечных
образцов ……………………………………………………………………………………………….. 46
3.3 Численное решение уравнения термостимулированной диффузии и
выхода водорода……………………………………………………………………………………. 48
3.4. Численное решение уравнения радиационно-стимулированной
диффузии и выхода водорода …………………………………………………………………. 52
3.5 Листинг модели термостимулированной диффузии и десорбции ……… 63
3.6 Листинг модели радиационно-стимулированной диффузии и десорбции
…………………………………………………………………………………………………………….. 65
3.7 Результаты и обсуждения……………………………………………………………….. 67
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 72
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………….. 73
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений ……………………………. 73
4.1.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………….. 76
4.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………… 77
4.2.1 Иерархическая структура работ проекта …………………………………… 77
4.2.2 Структура работ в рамках научного исследования …………………….. 78
4.2.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………. 79
4.2.4 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………….. 81
4.2.5 Разработка графика проведения научного исследования ……………. 82
4.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………………… 85
4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ …………………………………………….. 85
4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ ……………………………………………………………………. 86
4.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………… 87
4.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ………………. 89
4.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …… 90
4.3.6. Накладные расходы ………………………………………………………………… 90
4.3.7 Формирование бюджета затрат исследовательского проекта ……… 91
4.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ….. 92
Выводы разделу…………………………………………………………………………………….. 95
5. Социальная ответственность ………………………………………………………………. 96
5.1 Техника безопасность ……………………………………………………………………. 97
5.1.1 Микроклимат ………………………………………………………………………….. 97
5.1.2 Электромагнитное излучение …………………………………………………… 99
5.1.3 Шум ……………………………………………………………………………………… 100
5.1.4 Освещенность ………………………………………………………………………… 102
5.1.5 Электробезопасность ……………………………………………………………… 105
5.1.6 Пожар взрывоопасность …………………………………………………………. 107
5.2 Организационные мероприятия обеспечения безопасности …………….. 109
5.3 Охрана окружающей среды ………………………………………………………….. 110
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 110
5.5 Перечень законодательного документа ………………………………………….. 111
Вывод к разделу ………………………………………………………………………………….. 113
Заключение …………………………………………………………………………………………. 114
Список использованных источников …………………………………………………….. 115
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 120

Из [1 – 5] знаем, что титан, цирконии, палладий и никель широко
используются в промышленности. Титан – это элемент IVB группы металлов,
благодаря своей высокой прочности и высокой устойчивости к водородному
(и другим примесям) охрупчиванию используется в авиастроении,
судостроении, космической промышленности, а также получил большое
распространение в медицине. Цирконий является наиболее близким аналогом
титану, также обладает хорошей пластичностью, удовлетворительной
плотностью и высокой стойкостью против коррозии в химических
агрессивных средах, в воде и перегретом паре применяется в атомной
промышленности, а также получил широкое распространение в ядерной
энергетике. Палладий широко используется в различных сферах
промышленности (химическая, электронная, медицина (зубные
имплантаты)). Никель применяется как катализатор при гидрирования
органических соединений. А также водород входит в состав нержавеющей
стали.
Одной из проблем выше изложенных металлов является водород.
Водород может, оказывать позитивное или негативное влияние на физико-
механические свойства. Наличие водорода в металлах приводит к его
охрупчиванию или разрушению. Водород может проникать в металл в ходе
плавки, разлива, при электрохимических, ядерных или иных процессов, далее
образовывая в них дефекты, трещины, тем самым разруает изделие.
Одим из общеизвестных способов удаления водорода из
конструкционных материаллов является – отжиг, при высокой температуре.
Но данный метод не всегда может быть осуществим. Поэтому в настоящее
время для улучшения механических характеристик металла предлагается
использовать иные, более безопасные и эффективные методы. Как показали
исследования [6], водород, может эффективно удаляться при комнатной (и
ниже) температуре путем радиационной обработки. При этом в материале
снимаются микронапряжения, являющиеся зонами повышенного содержания
водорода.
Процесс проникновения водорода в структуру металла обусловлен
следующими стадиями: адсорбция молекул, их диссоциация на атомы,
абсорбция атомов, диффузия в объеме выход атомов на обратной стороне,
рекомбинация атомов в молекулы водорода, десорбция молекул [7].
Выше изложенный процесс проникновения водорода в металл можно
изучать как экспериментально, так и теоретический. Под теоретическим
исследованием понимается аналитическое и численное решение
диффузионного уравнения с соответствующими граничными условиями.
Существует множество методов решения диффузионных уравнений,
например, это метод Фурье, импульсный метод, метод проницаемости и др.
Цель работы – Экспериментальное исследование и моделирование
процессов диффузионного выхода водорода в вакуум из предварительно
насыщенных водородом плоских металлических образцов различной
толщины при термическом и радиационном нагреве. Сопоставление
результатов численного и аналитического моделирования с экспериментом и
выбор оптимальных условий и методик проведения экспериментов.
Для достижения поставленной цели, нужно решить следующие
задачи:
1. Изучение процесса взаимодействия водорода с титаном, цирконием,
палладием и никелем;
2. Изучение методом насыщения металла водородом: метод Сивертса
и электролитический метод;
3. Экспериментальное изучение термостимулированной и радиаци-
онно-стимулированной диффузии и выхода водорода из Ti, Zr, Pd и Ni;
4. Моделирование и аппроксимация уравнения диффузионного
выхода водорода из образцов при радиационном воздействии. Решение
уравнения диффузии:
Для возбужденного состояния: Для невозбужденного состояния:
n ( x, t )  2 n ( x, t ) n( x, t )  2 n ( x, t )
 D  1n  x, t  ;  D  1n  x, t  ;
t x 2
t x 2

В работе изучали процессы взаимодействия водорода с металлами
(Ti, Zr, Pd и Ni), методы насыщения водородом металлов (метод Сивертса и
электролитический метод), механизмы термостимулированной и
радиационно-стимулированной диффузии и выхода водорода из титана,
циркония, палладия и никеля.
Были созданы модели в компьютерной программе Matlab
описывающее диффузионного выхода водорода из титана, циркония,
палладия и никеля при в вакуум из предворительно насыщеных водородом
методом Сивертса и электролитическом методом образцов различной
толщины при термическом и радиационном нагреве.
Полученные результаты моделирования были сопоставлены с
экспериментальными результатами.
В результате сопоставления результатов моделирования и
экспериментальных результатов были построены графики (см. рис.3.9 –
3.13), и сведены в общую таблицу литературные источники и расчетные
данные используемых в процессе моделирования, это энергии активации
диффузии и предэкспотенциального множителя диффузии. Расчетные
данные используемые в модели соответствуют литературным источникам.

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

    Хочешь уникальную работу?

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

    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)