Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H
Методом термодесорбційної спектроскопії (ТДС) досліджено вплив легування бором на процес десорбції водню і термічну стійкість гідридної фази MgH2 механічних сплавів-композитів Mg+10% (мас.) Fe+5% (мас.) B та Mg+10% (мас.) Fe+10% (мас.) B, одержаних реактивним механічним сплавленням (РМС) при тиску в...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44176 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H / О.Г. Єршова // Доп. НАН України. — 2011. — № 12. — С. 79-82. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860065069496270848 |
|---|---|
| author | Єршова, О.Г. |
| author_facet | Єршова, О.Г. |
| citation_txt | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H / О.Г. Єршова // Доп. НАН України. — 2011. — № 12. — С. 79-82. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Методом термодесорбційної спектроскопії (ТДС) досліджено вплив легування бором на процес десорбції водню і термічну стійкість гідридної фази MgH2 механічних сплавів-композитів Mg+10% (мас.) Fe+5% (мас.) B та Mg+10% (мас.) Fe+10% (мас.) B, одержаних реактивним механічним сплавленням (РМС) при тиску водню 1,2 МПа. Встановлено, що додавання до магнію 5% (мас.) B впливає на розподіл водню по місцях його локалізації в гідридній фазі MgH2 композиту і, як наслідок, на її термічну стійкість (в напрямку зменшення останньої).
Influence of alloying with boron upon the desorption of H2 and the thermal stability of the hydride phases of mechanical alloys Mg+10 mas. % Fe+5 wt. % B and Mg+10 mas. % Fe+10 wt. % B produced by the reactive mechanical alloying in hydrogen under pressure of 1.2 MPa has been studied by the method of thermodesorption spectroscopy. It is established that the addition of 5 wt. % B to Mg powder influence the hydrogen distribution over location sites in the hydride phase and decreases the thermal stability.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:07:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 544.522:541.138:621
© 2011
О.Г. Єршова
Дослiдження впливу легування бором на десорбцiю
водню з механiчних сплавiв системи Mg−Fe−B−H
(Представлено членом-кореспондентом НАН України Ю.М. Солонiним)
Методом термодесорбцiйної спектроскопiї (ТДС) дослiджено вплив легування бором на
процес десорбцiї водню i термiчну стiйкiсть гiдридної фази MgH2 механiчних спла-
вiв-композитiв Mg + 10% (мас.) Fe + 5% (мас.) B та Mg + 10% (мас.) Fe + 10% (мас.)
B, одержаних реактивним механiчним сплавленням (РМС) при тиску водню 1,2 МПа.
Встановлено, що додавання до магнiю 5% (мас.) B впливає на розподiл водню по мiс-
цях його локалiзацiї в гiдриднiй фазi MgH2 композиту i, як наслiдок, на її термiчну
стiйкiсть (в напрямку зменшення останньої).
Вважається, що найбiльш перспективними та обнадiйливими матерiалами, якi зможуть за-
довольнити вимоги водневої енергетики як матерiали-накопичувачi водню, є металогiдриди
на основi магнiю та його сплавiв. Щоб забезпечити необхiднi характеристики (серед яких
головними є швидка кiнетика гiдрування-дегiдрування при температурах, близьких до кiм-
натної, i тисках водню, близьких до нормального, низька термiчна i висока циклiчна стiй-
кiсть) матерiалу для зберiгання водню потрiбен правильний вибiр його хiмiчного складу
i способу отримання, який дозволяв би водночас з процесом гiдрування здiйснювати про-
цеси диспергування та легування, що можуть ефективно впливати на кiнетику зворотної
сорбцiї-десорбцiї водню i термодинамiчну стабiльнiсть гiдридної фази одержуваних компо-
зитiв [1–3]. Бажано також, щоб вибраний спосiб дозволяв отримувати гiдрид з необхiдним
розмiром його часток (або кристалiтiв) у заданому структурному станi [4–6].
Метод реактивного механiчного сплавлення (РМС) останнiми роками iнтенсивно ви-
вчається [7–9] i використовується для отримання гiдриду магнiю MgH2 з полiпшеною кi-
нетикою абсорбцiї — десорбцiї водню i зниженою температурою його розкладання шляхом
добавок до магнiю рiзних металiв, їх оксидiв або сплавiв. Цим методом РМС ранiше нами
був синтезований механiчний сплав (МС) Mg+10% (мас.) Fe з метою встановлення впливу
залiза та ступеню диспергування МС на його термiчну стiйкiсть i температуру розкладання
гiдридних фаз системи Mg−Fe−H [10]. Було встановлено, що додавання залiза сприяє бiльш
високому ступеню диспергування часток утвореного гiдриду магнiю, при якому спостерi-
гається перерозподiл водню по мiсцях його локалiзацiї (тобто перехiд частини водню в новi
мiсця з меншою енергiєю активацiї процесу його десорбцiї) i, як наслiдок, зменшення тер-
мiчної стiйкостi MgH2.
Метою подальших дослiджень було вивчення впливу бору на термiчну стiйкiсть гiдрид-
ної фази MgH2 механiчних сплавiв системи Mg−Fe−B−H.
Методика експерименту. Механiчнiй обробцi в середовищi водню пiд тиском 1,2 МПа
пiддавали сумiш порошкiв Mg+10% (мас.) Fe+5% (мас.) В (МС1) та Mg+10% (мас.) Fe+10%
(мас.) В (МС2) протягом 5 год. Вихiднi порошки Mg, Fe, В мали середнiй розмiр часток 3,2;
10; 2 мiкрон, вiдповiдно. Механообробку здiйснювали в кульовому млинi при швидкостi
обертання 1200 об/хв. Спiввiдношення маси металiчних куль до маси оброблюваної сумiшi
порошкiв становило 20 : 1. Джерелом високочистого водню був металогiдрид TiFeHx.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №12 79
Рис. 1. Дифрактограми вiд зразкiв пiсля РМС Mg + 10% (мас.) Fe + 5% (мас.) В (крива 1 ) та Mg + 10%
(мас.) Fe + 10% (мас.) В (крива 2 )
Термiчний розклад гiдридної фази MgH2, що входить до складу зразкiв, одержаних
МС, проводили в скляно-кварцевiй установцi типу Сiвертса в середовищi водню при його
постiйному нормальному тиску. Установка забезпечувала рiвномiрний нагрiв зразка МС iз
заданою швидкiстю та автоматичний запис кривої залежностi кiлькостi видiленого водню
при розкладаннi гiдриду вiд його температури (кривi термодесорбцiї).
Рентгенофазовий аналiз зразкiв МС проводили на автоматизованому дифрактометрi
ДРОН-3 М в Сu Кα випромiнюваннi з графiтним монохроматором.
Результати та обговорення. Аналiз наведених на рис. 1 (кривi 1, 2 ) рентгенiвських
дифракцiйних спектрiв дозволяє вiдзначити, що в результатi застосування методу РМС
утворилися механiчнi сплави-композити МС1 i МС2, до складу яких увiйшла гiдридна фа-
за MgH2 (в кiлькостi близько 45–50% вiд загальної ваги оброблюваної сумiшi), про що
свiдчать її дифракцiйнi лiнiїї на обох кривих. На дифрактограмi вiд зразка МС1 (рис. 1,
крива 1 ), окрiм дифракцiйних лiнiй MgH2 i Mg, виявленi також рефлекси α-фази залiза та
MgO. Цi ж фази присутнi i в зразку МС2 (рис. 1, крива 2 ). Вищевказана механiчна оброб-
ка протягом 5 годин в атмосферi водню призвела також до значного диспергування часток
порошкiв механiчних сплавiв. Їх розмiр, судячи з вимiряної питомої поверхнi, зменшився
з 2,1 до 0,35 мкм у випадку МС1 i з 2,2 до 0,4 мкм — у випадку МС2.
Результати вивчення методом термодесорбцiйної спектроскопiї процесу десорбцiї водню
з отриманих механiчних сплавiв МС1 i МС2, їх термiчної стiйкостi наведенi на рис. 2
у виглядi кривих залежностi об’єму V (T ) десорбованого водню вiд температури зразка
МС при його лiнiйному нагрiвi (кривi термодесорбцiї) та на рис. 3, а, б у виглядi кривих
залежностi dV (T )/dT вiд температури (спектри термодесорбцiї). Для порiвняння на рис. 2
наведена також крива, а на рис. 3, а, б — спектр термодесорбцiї водню з механiчного сплаву
Mg + 10% (мас.) Fe (без бору) [10], який отримували в тих же умовах i тим же методом
РМС, що i МС1 та МС2.
Якщо зiставити криву десорбцiї водню iз зразка МС1 (крива 1 на рис. 2) з кривою де-
сорбцiї, яка належить механiчному сплаву Mg + 10% (мас.) Fe (крива 3 на рис. 2), можна
помiтити, що крива 1 завдяки бiльш крутому своєму ходу в областi найбiльш iнтенсивного
видiлення водню (тобто в точцi A перегину на крутому пiдйомi кривої десорбцiї) помiтно
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №12
Рис. 2. Кривi термодесорбцiї водню з гiдридної фази механiчних сплавiв МС1 (крива 1 ), МС2 (крива 2 ),
механiчного сплаву Mg + 10% (мас.) Fe (крива 3 ) та гiдриду MgH2, отриманих гiдруванням iз газової
фази (крива 4 )
Рис. 3. Спектр термодесорбцiї водню з гiдридної фази MgH2 механiчного сплаву МС1 (крива 1 ) та меха-
нiчного сплаву Mg+ 10% (мас.) Fe (крива 2 ) (а); механiчного сплаву МС2 (крива 1 ) та MgH2 механiчного
сплаву Mg + 10% (мас.) Fe (крива 2 ) (б )
зсунута в бiк низьких температур майже на 45◦ вiдносно кривої 3, тобто вiдносно кривої
десорбцiї, що належить механiчному сплаву, в якому бор вiдсутнiй. Цей зсув в бiк низьких
температур кривої десорбцiї водню з МС1 вiдображає зниження термiчної стiйкостi остан-
нього, яке може бути вiднесене на рахунок бору, що входить до складу МС1, i який, можна
припустити, запобiгає агломерацiї часток магнiю i сприяє в процесi РМС бiльш iстотному
диспергуванню порошку механiчного сплаву i накопиченню рiзного роду дефектiв та спо-
творень кристалiчної гратки гiдриду магнiю, а вiдтак — i бiльш iстотному перерозподiлу
водню по мiсцях його локалiзацiї в гiдриднiй фазi MgH2 сплаву-композита МС1. Зробле-
не припущення знаходить своє експериментальне пiдтвердження, якщо звернути увагу на
суттєву вiдмiннiсть спектра десорбцiї МС1(рис. 3, а, крива 1 ) вiд спектра десорбцiї меха-
нiчного сплаву Mg + 10% (мас.) Fe (рис. 3, а, крива 2 ). Вона полягає в тому, що в спектрi
десорбцiї МС1 пiк з найбiльшою амплiтудою спостерiгається при бiльш низькiй температурi
(338 ◦С) порiвняно з спектром десорбцiї механiчного сплаву Mg + 10% (мас.) Fe, в якому
максимальну амплiтуду має пiк при температурi 380 ◦С. Вказана вiдмiннiсть i вiдображає
бiльш iстотний перерозподiл водню по мiсцях його локалiзацiї у випадку МС1 завдяки до-
даванню до його складу 5% (мас.) бору. Як видно з рис. 2 i 3, б, додавання 10% (мас.)
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №12 81
бору не призводить до зниження термiчної стiйкостi МС2, як це мало мiсце у випадку
МС1, що вказує на залежнiсть величини спостережуваного ефекту вiд кiлькостi бору, що
додається.
Таким чином, встановлений зсув термодесорбцiйної кривої в бiк низьких температур,
що вiдображає зниження термiчної стiйкостi гiдридної фази механiчного сплаву Mg+ 10%
(мас.) Fe+5% (мас.) В, слiд вважати експериментально встановленим ефектом впливу бору
на термiчну стiйкiсть фази MgH2, отриманої РМС. Щодо механiзму вказаного впливу, бор
вiдiграє значну роль в генерацiї нових занятих воднем мiсць осiдлостi.
1. Doppiu S., Solsona P., Spassov T. et al. Thermodynamic properties and absorption – desorption kinetics of
Mg87Ni10Al3 alloy synthesized by reactive ball milling under H2 atmosphere // J. of Alloys and Compd. –
2005. – 404–406. – P. 98–103.
2. Ershova O., Dobrovolsky V., Solonin Yu., Morozova R. About manner and mechanisms of reduction of
thermal firmness of Mg, Ti, Y – based mechanical alloys // Proc. of IX Int. Conf. Hydrogen Mater. Science
& Chem. of Carbon Nanomater (ICHM’S 2005). – Sevastopol, Ukraine, 2005.
3. Dobrovolsky V.D. The Correlation between ionicity of metal-hydrogen bonds in hydrides and their thermal
firmness // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Materials. – Springer, 2007. – P. 421–428.
4. Зубов В.И. Некоторые размерные эффекты и свойства ультрадисперсных систем // Журн. Всесоюз.
хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. – 1991. – 36, № 2. – С. 133–136.
5. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. 1. Особен-
ности структуры. Термодинамика. Фазовые равновесия. Кинетические явления // Физика металлов
и металловедения. – 1999. – 88, № 1. – С. 50–73.
6. Zaluska L., Zaluski A., Strom-Olsen J.O. Nanocrystalline metal hydrides // J. Alloys Comp. – 1997. –
253–254. – P. 70–79.
7. Chen Y., Williams J. S. Formation of metal hydrides by mechanical alloying // Ibid. – 1995. – 217. –
P. 181–184.
8. Huot J., Akiba E., Takada T. Mechanical alloying of Mg−Ni compounds under hydrogen and inert atmos-
phere // Ibid. – 1995. – 231. – P. 815–819.
9. Bobet J.-L., Akiba E., Darriet B. Study of Mg−M (M = Co, Ni & Fe) mixture elaborated by reactive
mechanical alloying: hydrogen sorption properties // Int. J. Hydrogen Energy. – 2001. – 26. – P. 493–
501.
10. Dobrovolsky V.D., Ershova O.G., Solonin Yu.M., Gorbachuk N.P. Thermal stability of hydride phase
obtained by mechanical treatment of Mg – 10 mas % Fe in hydrogen under pressure // Powder. Met.
Ceram. – 2006. – 45. – P. 381–386.
Надiйшло до редакцiї 20.06.2011Iнститут проблем матерiалознавства
iм. I.М. Францевича НАН України, Київ
O.G. Ershova
A study of the influence of alloying with boron upon H-desorption from
Mg−Fe−B−H system mechanical alloys
Influence of alloying with boron upon the desorption of H2 and the thermal stability of the hydride
phases of mechanical alloys Mg + 10 mas. % Fe + 5 wt. % B and Mg + 10 mas. % Fe + 10 wt. %
B produced by the reactive mechanical alloying in hydrogen under pressure of 1.2 MPa has been
studied by the method of thermodesorption spectroscopy. It is established that the addition of 5 wt. %
B to Mg powder influence the hydrogen distribution over location sites in the hydride phase and
decreases the thermal stability.
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №12
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44176 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:07:02Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Єршова, О.Г. 2013-05-26T14:14:09Z 2013-05-26T14:14:09Z 2011 Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H / О.Г. Єршова // Доп. НАН України. — 2011. — № 12. — С. 79-82. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44176 544.522:541.138:621 Методом термодесорбційної спектроскопії (ТДС) досліджено вплив легування бором на процес десорбції водню і термічну стійкість гідридної фази MgH2 механічних сплавів-композитів Mg+10% (мас.) Fe+5% (мас.) B та Mg+10% (мас.) Fe+10% (мас.) B, одержаних реактивним механічним сплавленням (РМС) при тиску водню 1,2 МПа. Встановлено, що додавання до магнію 5% (мас.) B впливає на розподіл водню по місцях його локалізації в гідридній фазі MgH2 композиту і, як наслідок, на її термічну стійкість (в напрямку зменшення останньої). Influence of alloying with boron upon the desorption of H2 and the thermal stability of the hydride phases of mechanical alloys Mg+10 mas. % Fe+5 wt. % B and Mg+10 mas. % Fe+10 wt. % B produced by the reactive mechanical alloying in hydrogen under pressure of 1.2 MPa has been studied by the method of thermodesorption spectroscopy. It is established that the addition of 5 wt. % B to Mg powder influence the hydrogen distribution over location sites in the hydride phase and decreases the thermal stability. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H A study of the influence of alloying with boron upon H-desorption from Mg–Fe–B–H system mechanical alloys Article published earlier |
| spellingShingle | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H Єршова, О.Г. Матеріалознавство |
| title | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H |
| title_alt | A study of the influence of alloying with boron upon H-desorption from Mg–Fe–B–H system mechanical alloys |
| title_full | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H |
| title_fullStr | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H |
| title_full_unstemmed | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H |
| title_short | Дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи Mg–Fe–B–H |
| title_sort | дослідження впливу легування бором на десорбцію водню з механічних сплавів системи mg–fe–b–h |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44176 |
| work_keys_str_mv | AT êršovaog doslídžennâvplivuleguvannâboromnadesorbcíûvodnûzmehaníčnihsplavívsistemimgfebh AT êršovaog astudyoftheinfluenceofalloyingwithboronuponhdesorptionfrommgfebhsystemmechanicalalloys |