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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    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
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    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
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

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