Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода

Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода

Экспериментально установлено, что развивающийся в интерметаллиде Tb₀.₃₃Dy₀.₆₇Fe₂ фазовый распад существенно замедляет процессы сорбции. Время, необходимое для насыщения интерметаллида водородом при отсутствии превращений, в 9 раз меньше, чем при развитии фазового распада....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2012
1. Verfasser: Васильев, А.Г.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2012
Schriftenreihe:Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69535
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода / А.Г. Васильев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 65-71. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69535
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-695352025-02-10T01:39:33Z Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода Вплив фазового розпаду інтерметаліда типу RFe₂ на сорбцію водню Effect of phase decomposition of the RFe₂ intermetallic on hydrogen sorption Васильев, А.Г. Экспериментально установлено, что развивающийся в интерметаллиде Tb₀.₃₃Dy₀.₆₇Fe₂ фазовый распад существенно замедляет процессы сорбции. Время, необходимое для насыщения интерметаллида водородом при отсутствии превращений, в 9 раз меньше, чем при развитии фазового распада. Експериментально встановлено, що фазовий розпад, який розвивається в інтерметаліді Tb₀.₃₃Dy₀.₆₇Fe₂ суттєво уповільнює процеси сорбції. Час, необхідний для насичення інтерметаліда воднем під час відсутності перетворень, у 9 разів менший, ніж під час розвитку фазового розпаду. It was experimentally established that phase decomposition progressing in the Tb₀.₃₃Dy₀.₆₇Fe₂ intermetallic decelerates sorption processes substantially. The time required for hydrogen saturation of an intermetallic without transformations is 9 times shorter that of progressing phase decomposition. 2012 Article Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода / А.Г. Васильев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 65-71. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 64.80.–v, 64.75.+g, 81.40.–z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69535 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Экспериментально установлено, что развивающийся в интерметаллиде Tb₀.₃₃Dy₀.₆₇Fe₂ фазовый распад существенно замедляет процессы сорбции. Время, необходимое для насыщения интерметаллида водородом при отсутствии превращений, в 9 раз меньше, чем при развитии фазового распада.
format Article
author Васильев, А.Г.
spellingShingle Васильев, А.Г.
Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
Физика и техника высоких давлений
author_facet Васильев, А.Г.
author_sort Васильев, А.Г.
title Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
title_short Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
title_full Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
title_fullStr Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
title_full_unstemmed Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода
title_sort влияние фазового распада интерметаллида типа rfe₂ на сорбцию водорода
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate 2012
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69535
citation_txt Влияние фазового распада интерметаллида типа RFe₂ на сорбцию водорода / А.Г. Васильев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 65-71. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv AT vasilʹevag vliâniefazovogoraspadaintermetallidatiparfe2nasorbciûvodoroda
AT vasilʹevag vplivfazovogorozpaduíntermetalídatipurfe2nasorbcíûvodnû
AT vasilʹevag effectofphasedecompositionoftherfe2intermetalliconhydrogensorption
first_indexed 2025-12-02T13:34:58Z
last_indexed 2025-12-02T13:34:58Z
_version_ 1850403715140288512
fulltext Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 © А.Г. Васильев, 2012 PACS: 64.80.–v, 64.75.+g, 81.40.–z А.Г. Васильев ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО РАСПАДА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА ТИПА RFe2 НА СОРБЦИЮ ВОДОРОДА Донецкий национальный технический университет ул. Артема, 58, г. Донецк, 83000, Украина Статья поступила в редакцию 2 ноября 2011 года Экспериментально установлено, что развивающийся в интерметаллиде Tb0.33Dy0.67Fe2 фазовый распад существенно замедляет процессы сорбции. Время, необходимое для насыщения интерметаллида водородом при отсутствии превращений, в 9 раз меньше, чем при развитии фазового распада. Ключевые слова: интерметаллид, водород, сорбция, фазовый распад, кинетика Введение Исследования взаимодействия водорода со сплавами лантаноидов тербия и диспрозия с железом в настоящее время вызывают большой интерес. Это связано, во-первых, с тем, что гидриды указанных материалов перспективны для аккумулирования водорода [1,2]. Во-вторых, эти материалы обладают гигантской магнитострикцией, что позволяет широко использовать их для производства мощных приводов малых перемещений (например, для адап- тивной оптики крупных телескопов-рефлекторов), источников звука огром- ной мощности, сверхмощных ультразвуковых излучателей. Для успешного применения редкоземельных магнитострикционных материалов важно пре- одолеть недостаток – плохую податливость механической обработке [3,4]. Для изготовления изделий используют порошки RFe2. Интерметаллиды RFe2 – хрупкие материалы. Но механический размол сплава не пригоден для получения порошков, поскольку материал легко окисляется в воздухе и те- ряет свои уникальные свойства. При поглощении водорода в больших коли- чествах слитки разрушаются и образуются необходимые для изготовления изделий порошки. Но, попадая внутрь сплава, водород ухудшает его уни- кальные магнитные свойства, поэтому водород необходимо удалить из сплава. Для десорбции водорода требуется произвести нагрев сплава, кото- рый сопровождается такими фазовыми превращениями: аморфное превра- щение; распад сплава на фазы RH2 и α-Fe; рекомбинация начального состава Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 66 сплава [5–7]. Управляя давлением водорода, скоростью нагрева или време- нем выдержки, можно получать материал разной дисперсности и структуры. Такую водородную обработку называют HDDR-процессом [7]. Данная работа посвящена исследованию влияния фазового распада на ки- нетику сорбции Tb0.33Dy0.67Fe2. Исследование кинетики сорбции водорода интерметаллидом важно для развития технологий аккумулирования водоро- да и водородной обработки этого класса материалов. Результаты работы также могут быть интересны для построения и развития моделей индуциро- ванных водородом диффузионных фазовых превращений. Материал для исследований и способ водородной обработки Материалы для исследований получали из электролитического железа 99.99% чистоты и редкоземельных металлов Tb и Dy 99.9% чистоты. Ин- терметаллид Tb0.33Dy0.67Fe2 выплавляли в атмосфере аргона, используя ин- дукционную печь. Полученный сплав гомогенизировали в вакууме при тем- пературе 1273 K в течение 24 h. Перед обработкой образец активировали к сорбции водорода. Его поме- щали в вакуум (давление остаточных газов не превышало 10–6 torr), нагрева- ли до 873 K и выдерживали при этой температуре 60 min. Затем температуру понижали до необходимого уровня. В реакционную камеру напускали водо- род из резервной емкости до давлений порядка 16.2 kPa. Накануне экспери- мента резервную емкость в течение 1 s предварительно заполняли водоро- дом непосредственно через мембрану из палладиевого сплава. После этого вентиль, соединяющий реакционную камеру и резервную емкость, перекры- вали, и в дальнейшем количество водорода в реакционной камере не изме- няли. Масса образца для одного эксперимента составляла 0.4 g. Соотношение объема реакционной камеры и массы образца позволило регистрировать из- менение давления в реакционной камере. Манометричеcкое устройство ус- тановки способно регистрировать изменение давления с точностью до 54 Pa. Результаты экспериментов Исследование кинетики сорбции водорода интерметаллидом Tb0.33Dy0.67Fe2 проводили при 448 и 873 K. Эти значения температуры вы- браны по следующим соображениям. Из экспериментов группы японских [5] и российских [6] исследователей известно, что при температуре, близкой к 425 K, интерметаллиды данного класса активно сорбируют водород. В этих условиях отсутствуют индуцированные водородом фазовые превращения, такие как аморфизация сплава или фазовый распад. Из работ [8,9] известно также, что при температуре 873 K в интерметаллиде активно развивается индуцированный водородом фазовый распад. В экспериментах была использована установка, регистрирующая измене- ние магнитного состояния материала в реальном времени и благодаря этому Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 67 фиксирующая процесс фазового распада в образце [8]. Перед водородной обработкой проводили фазовый контроль сплавов, после обработки – фазо- вый контроль полученных продуктов. Для этого выполняли рентгенострук- турный анализ проб на дифрактометре ДРОН-3. На дифрактограммах про- дуктов водородной обработки при температуре 448 K присутствовали ди- фракционные максимумы, соответствующие насыщенному водородом ин- терметаллиду, а при температуре 873 K – максимумы, соответствующие фа- зам TbH2 и α-Fe. Следовательно, фазовый распад при этой температуре пол- ностью завершился. Таким образом, было подтверждено, что сорбция водо- рода при температуре 448 K не сопровождалась каким-либо фазовым пре- вращением, а при температуре 873 K наблюдался фазовый распад интерме- таллида. После напуска водорода в реакционную камеру ежеминутно табулирова- ли показания манометрического устройства установки при температурах 448 и 873 K (таблица). Это позволило построить кривые изменения давления во- дорода в реакционной камере (рис. 1). Таблица Ежеминутные показания манометрического устройства установки при температурах 448 и 873 K Величина давления (kPa), измеренная через интервал времени (min) T, K t0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 448 16.2 14.55 13.69 13.26 13.15 13.09 медленное понижение 13.04 15.7 15.44 15.01 14.69 14.36 14.04 13.72 13.39 13.07 12.74 12.53 12.31 12 13 14 15 16 17 20 34 47 60 81873 12.2 12.1 12.0 11.93 11.88 11.83 11.77 11.66 11.56 11.45 11.34* Примечание. t0 – начальный момент времени; * – в дальнейшем давление не из- менялось. а б Рис. 1. Зависимость изменения давления в реакционной камере от времени: а – T = = 448 K, б – 873 K Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 68 Первичные результаты экспериментов показывают, что развивающийся в интерметаллиде фазовый распад существенно влияет на процессы сорб- ции водорода. Из-за фазового распада сорбция существенно замедляется. Время, необходимое для насыщения материала водородом, возрастает в девять раз. Для сравнения процессов сорбции при различной температуре, построены нормированные кинетические кривые (рис. 2). За единицу завершенности процесса сорбции принято максимальное понижение давления водорода в эксперименте. Отношение величины понижения давления в определенный момент времени к его максимальной величине дает долю завершенности процесса сорбции ξ. На рис. 2 также представлена нормированная кинетиче- ская кривая фазового распада интерметаллида. а б Рис. 2. Нормированные кинетические кривые: а – T = 448 K, б – 873 K; 1 – сорбция, 2 – фазовый распад Нормированная кинетическая кривая сорбции при температуре 448 K хо- рошо описывается уравнением вида ( )ξ 1 exp αt= − − . (1) Это хорошо подтверждает зависимость ( )( )ln 1/ 1 ξ− от времени, пред- ставленная на рис. 3,I. Нормированная кинетическая кривая сорбции при температуре 873 K не описывается уравнением (1). Уравнение вида (1) по- лучается при решении задачи диффузионного заполнения частицы материа- ла водородом для начальных и граничных условий, соответствующих дан- ному эксперименту [10]. Таким образом, кинетика сорбции водорода интер- металлидом при отсутствии в материале фазовых превращений контролиру- ется диффузией водорода. Развивающийся фазовый распад существенно влияет на процесс сорбции. Для выявления главного контролирующего процесса часто анализируют зависимость скорости сорбции от времени [1,11]. Такие зависимости пред- Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 69 ставлены на рис. 3,II. Для температуры 448 K изменению скорости сорбции со временем вполне соответствует процесс, когда диффузия водорода яв- ляется наиболее медленной. Для температуры 873 K скорость сорбции вна- чале практически не меняется. Такое возможно, когда процесс сорбции контролируется на границе раздела фаз газ–твердое тело [1,11]. I a б II а б Рис. 3. Зависимости ln(1/(1 – ξ)) (I) и скорости сорбции dξ/dt (II) от времени: а – T = 448 K, б – 873 K Таким образом, можно предположить, что развивающийся фазовый рас- пад существенно изменяет условия на границе раздела фаз газ–твердое тело. При этом в таких условиях проходит 75% всей сорбции. По виду зависимо- сти скорости сорбции от времени можно предположить [11], что на послед- нем этапе процесса сорбция контролируется диффузией водорода. Влияние фазового распада на сорбцию водорода этим не ограничивается. Сопостав- ление величин скорости сорбции при указанных температурах свидетельст- вует, что фазовый распад замедляет сорбцию даже в самом начале превра- щения. Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 70 Выводы Экспериментально исследована кинетика сорбции водорода интерме- таллидом Tb0.33Dy0.67Fe2 в изотермических условиях при температурах 448 и 873 K. При первой температуре сорбция водорода не вызывает каких- либо фазовых превращений в интерметаллиде, при второй – развивается его фазовый распад на фазы RH2 и α-Fe. Установлено, что в случае разви- тия фазового распада сорбция водорода протекает значительно медленнее – процесс замедляется в 9 раз. Получены эмпирические скорости процесса сорбции. Установлено, что при температуре 448 K процесс сорбции кон- тролируется диффузией водорода. При температуре 873 K для 75% процес- са сорбции ее скорость постоянна, затем она монотонно убывает до нуля. При температуре 873 K сорбция водорода и фазовый распад завершаются одновременно. 1. Б.П. Тарасов, М.В. Лотоцкий, В.А. Яртысь, Российский химический журнал 50, № 6, 34 (2006). 2. Б.А. Колачев, Р.Е. Шалин, А.А. Ильин, Сплавы накопители водорода, Металлур- гия, Москва (1995). 3. К.П. Белов, Соросовский образовательный журнал № 3, 112 (1998). 4. Ю.А. Фридман, Ф.Н. Клевец, А.П. Войтенко, ФТТ 52, 1316 (2010). 5. N.K. Zaikov, N.V. Mushnikov, V.S. Gaviko, A.Ye. Yermakov, Int. J. Hydrogen Energy 22, 249 (1997). 6. K. Aoki, K. Mory, H. Onodera, T. Masumoto, J. Alloys Comp. 253–254, 106 (1997). 7. T. Takeshita, J. Alloys Comp. 193, 231 (1993). 8. V.A. Goltsov, A.G. Vasiljev, N.N. Vlasenko, D. Fruchart, Int. J. Hydrogen Energy 24, 909 (1999). 9. A.G. Vasiljev, N.N. Vlasenko, V.A. Goltsov, D. Fruchart, Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 21, № 11, 87 (1999). 10. Е. Фром, Е. Гебхард, Газы и углерод в металлах, Металлургия, Москва (1980). 11. Б.А. Колачев, А.А. Ильин, В.А. Лавренко, Ю.В. Левинский, Гидридные системы, Металлургия, Москва (1992). А.Г. Васильєв ВПЛИВ ФАЗОВОГО РОЗПАДУ ІНТЕРМЕТАЛІДА ТИПУ RFe2 НА СОРБЦІЮ ВОДНЮ Експериментально встановлено, що фазовий розпад, який розвивається в інтер- металіді Tb0.33Dy0.67Fe2, суттєво уповільнює процеси сорбції. Час, необхідний для насичення інтерметаліда воднем під час відсутності перетворень, у 9 разів менший, ніж під час розвитку фазового розпаду. Ключові слова: інтерметалід, водень, сорбція, фазовий розпад, кінетика Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 1 71 A.G. Vasiljev EFFECT OF PHASE DECOMPOSITION OF THE RFe2 INTERMETALLIC ON HYDROGEN SORPTION It was experimentally established that phase decomposition progressing in the Tb0.33Dy0.67Fe2 intermetallic decelerates sorption processes substantially. The time re- quired for hydrogen saturation of an intermetallic without transformations is 9 times shorter that of progressing phase decomposition. Keywords: intermetallic, hydrogen, sorption, phase decomposition, kinetics Fig. 1. Time dependence of the pressure in the reaction chamber: а – T = 448 K, б – 873 K Fig. 2. Normalized kinetic curves: а – T = 448 K, б – 873 K; 1 – sorption, 2 – phase de- composition Fig. 3. Time dependences of ln(1/(1 – ξ)) (I) and sorption rate dξ/dt (II): а – T = 448 K, б – 873 K

Ähnliche Einträge