Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі
Decomposition of nanosized YH2,28 and YH2,25 powders with the – heat pretreated surfaces has been studied by means of step-by-step heating in air (293 – 1073 K) as well as helium flow in situ (293 – 2000 K), q...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2008
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/271 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291380150370304 |
|---|---|
| author | Garbuz, V. V. Petrova, V. A. Yakovlev, A. V. Nuzhda, S. V. Kuzmenko, L. N. Morozova, R. A. Kurochkin, V. D. Skorokhod, V. V. Solonin, Yu. M. |
| author_facet | Garbuz, V. V. Petrova, V. A. Yakovlev, A. V. Nuzhda, S. V. Kuzmenko, L. N. Morozova, R. A. Kurochkin, V. D. Skorokhod, V. V. Solonin, Yu. M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. V. Garbuz",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. A. Petrova",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "A. V. Yakovlev",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. V. Nuzhda",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "L. N. Kuzmenko",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "R. A. Morozova",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. D. Kurochkin",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "V. V. Skorokhod",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
},
{
"author": "Yu. M. Solonin",
"institution": "Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Garbuz, V. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:40:34Z |
| description | Decomposition of nanosized YH2,28 and YH2,25 powders with the – heat pretreated surfaces has been studied by means of step-by-step heating in air (293 – 1073 K) as well as helium flow in situ (293 – 2000 K), quantitative red/ox extraction, gas, chromatography and coulometry of C, H, N, O. The YH2,25 pretreated powder has a greater thermal stability close to that of bulk YHx samples. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:31:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
Химия, физика и технология поверхности. 2008. Вып. 14. С. 206 – 209
206
УДК 539.211:546.641
РОЗКЛАД ПОРОШКІВ YНх В УМОВАХ
СТУПІНЧАТОГО НАГРІВАННЯ В ПОВІТРІ
В.В. Гарбуз, В.А. Петрова, О.В. Яковлев, С.В. Нужда, Л.Н. Кузьменко,
І.А. Морозов, В.Д. Курочкін, В.В. Скороход, Ю.М. Солонін
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
Національної академії наук України
вул. Кржижановського 3, 03142, Київ-142, e-mail: wpetrowa@ukr.net
За допомогою ступінчатого нагрівання на повітрі (293 – 1073 К), а також у
потоці гелію “in situ” (293 – 2000 К), кількісної окисно-відновної екстракції, газової
хроматографії та кулонометрії C, H, N, O вивчено розклад нанорозмірних порошків
YH2,48 та YH2,25 , поверхня яких пройшла Не – термічну обробку (Не)ТО. Порошок YH2,25
(Не)ТО визначається більш високою термічною стійкістю, що наближається до
компактних зразків YHх.
Вступ
Продуктами гідрування компактних металів є порошки металогідридів, мікронні
конгломерати яких складаються з нанорозмірних кластерів (доменів) [1].
Метод Не – термічної обробки поверхні гідридів призводить до упорядкування
підґраток метала та водню, що стабілізує властивості системи в цілому [2].
Метою досліджень стало вивчення особливостей розкладу порошків YHx в ізотер-
мічних умовах ступінчатого нагрівання в повітрі та потоці гелію.
Методи аналізу
Визначення складу матеріалу метало-гідридних систем в умовах безпосереднього
контакту з повітрям проведено з використанням прямих кількісних методів. Водень, азот
і кисень у вигляді Н2, N2, CO визначені за допомогою методів відновної екстракції та
газової хроматографії (ВЕ - ГХ) [3]. Вміст Не в зразках було встановлено за допомогою
мас-спектрометрії тліючого розряду (прилад VG-9000, Велика Британія).
Вихідні зразки
У якості вихідних був використаний порошок YHx із середнім розміром зерен
0,2 мкм, частина якого пройшла процедуру гелій-термічної обробки при Т = 633 К;
Р = 100 КПа, τ =13 г.
Результати й обговорення
Компонентні характеристики зразків складу YHx й YHx(He)ТО, які, з огляду
вмісту водню, у подальшому поіменовані як YH2,48 та YH2,25 (Не)ТО відповідно, наведені
в табл. 1.
При виборі температури визначення χH методом імпульсної ВЕ-ГХ, τ = 7 с, були
отримані температурні характеристики десорбції Н2 у потоці Не з кроком 100 К, «in
situ», які представлені на рис. 1. Результати вимірів подані у відносних процентах при
нормуванні по максимальному значенні вмісту елементів O, N, Н, у сполуках де:
Y2O3; χO – 21,25 % мас; 100 % від.
YN; χN – 13,60 % мас; 100 % від.
mailto:wpetrowa@ukr.net
207
YH3; χН – 3,22 % мас; 100 % від.
Таблиця 1. Компонентні характеристики складу вихідних зразків гідриду ітрію
Масова частка
Δχi±3,0 % від; ΔχС±0,0005 % мас; ΔχНе±2,0 ppm Формула
зразка
χH χO χN χC χHe
YH2,48 2,67 1,30 0,001 0,003 1,9
YH2,25 (Не)ТО 2,42 1,20 0,001 0,003 11,0
0
10
20
30
40
50
60
70
0 500 1000 1500 2000
T, K
H
, %
(
ві
дн
.)
YH2.48 H (YH2,25(He)ТО)
Рис. 1. Температурна залежність імпульсного дегідрування (Н) YH2,48, YH2,25 (Не)ТО у
потоці гелію.
Як видно з рис. 1, для зразка складу YH2,48, що не пройшов (Не)ТО в області
373 К спостерігається максимум виділення Н2 (65 %) та широкий максимум при 1373 К
(35 %). Зразок YH2,25 (Не)ТО відрізняється від попереднього відсутністю низькотем-
пературного піка при 373 К. Повторні серії вимірів дали аналогічні результати. Слід
зазначити, що до Тпл – 1786 К зразки продовжували містити помітні кількості водню. На
рис. 2 представлені температурні залежності дегідрування, окиснення та оберненого
азотування на повітрі.
Як видно з рис. 2, дегідрування зразка 1 відбувається при температурі 373 К, при
цьому ступінь окиснення ітрієвої матриці становить 20 %. При 473 К вміст водню в
пробі дорівнює нулю. Утворення Y2O3 відбувається при 573 К. Зразок, що пройшов
(He)ТО по своїх властивостях відрізняється від попереднього. При 473 К він втрачає
10 % водню, при цьому ступінь його окиснення становить 10 %. При 573 К у ітрієвої
матриці залишається 10 % водню. Ступінь окиснення зразка становить 55 %. В області
673 К вміст водню в пробі наближається до нуля. При цьому ступінь окиснення зразка
дорівнює 60 %, що супроводжується частковим азотуванням ітрієвої матриці до 8 %. Як
видно, азотування перешкоджає подальшому окисненню проби до 873 К, при яких
спостерігається утворення Y2O3.
208
0
20
40
60
80
100
273 373 473 573 673 773 873 973 1073
T,K
O
, H
, N
, %
(в
ід
.)
O(2)
N(2)
H(2)
H(1)
O(1)
O+N(2)
Рис. 2. Температурна залежність дегідрування (Н), азотування (N) і окиснення (О)
зразків YH2,48 (1), YH2,25 (Не)ТО (2) на повітрі.
Для уточнення температурних характеристик процесів взаємодії YHx з атмосфер-
рою повітря був проведений аналогічний експеримент із кроком 50 К. Отримані резуль-
тати, представлені на рис. 3. Дегідрування порошку YH2,48 відбувається при 373 К.
Втрата водню призводить до взаємодії матриці Y з киснем повітря при 473 К, Y2O3
утворюється при 623 К.
400 600 800 1000
-80
-60
-40
-20
0
20
40
-D
H
%
в
ід
н.
D
О
%
в
ід
н.
2' (O)1 ' (O)
1 (H)
2 (H)
T, K
Рис. 3. Диференційна темпера-
турна залежність зміни
вмісту водню (Н) і кис-
ню в YH2,48 (1), YH2,25
(Не)ТО (2) на повітрі.
Зразок YH2,25, що пройшов (He)ТО (2) в області до 423 К втрачає незначну
кількість водню, яка супроводжується його окисненням до 10 %. З підвищенням темпе-
ратури від 473 К до 623 К відбувається одночасне окиснення та дегідрування зразка
(рис. 3). Обидва ці процеси закінчуються при температурі 823 К з утворенням сескві-
оксиду ітрію Y2O3, що на 200 К вище, ніж у випадку YH2,48, який не пройшов (Не)ТО.
Окиснення YH2,25 (Не)ТО на повітрі може бути представлено відповідно до реакції:
4YH2,25 + (3 + x)O2 = 2Y2O3 + 4,50Н2O.
Очевидно при синтезі YH2,48 гідрування матриці Y не досягло рівноваги при
понижені температури середовища в атмосфері водню до кімнатної. Частина водню
(65 %) не встигла прореагувати з утворенням хімічного зв’язку, характерного для
гідридів ітрію, а утворила монофункціональний покрив на поверхні конгломератів
наночастинок матриці. Тому при помірному нагріванні при 373 К, як у потоці гелію так і
209
в атмосфері повітря спостерігається його виділення в газову фазу. В першому випадку
цей процес проходить відокремлено, у другому супроводжується окисненням ітрію.
Гелій-термічна обробка зразка YH2,48 у замкненому об’ємі при 593 К на протязі
13 год дозволила завершити процес гідрування (закріплення атомів водню у ітрієвій
матриці), з утворенням міцних хімічних зв’язків Н – Y характерних для їх гідридів. Тому
дегідрування YH2,25 (2) у потоці гелію відбувається в області 1073 – 1773 К. На повітрі
воно проходить від 423 К до 773 К з окисленням матриці ітрію, без наявності процесів
низькотемпературного дегідрування зразків (рис. 1 – 3) .
Висновки
Дегідрування в YH2,25 (Не)ТО відбувається при температурі 473 – 773 К та супро-
воджується окисненням матриці Y до Y2O3 при 823 К, що на 200 К вище, ніж в YH2,48.
Гелій-термічна обробка поверхні порошків підвищує стійкість YH2,25 як у атмос-
фері Не так і на повітрі.
Азотування Y проходить при 573 – 673 К в присутності гідридного водню і завер-
шується розкладом нітридної фази при 723 К. На противагу даних [4] у потоці гелію в
області 473 – 973 К виділення індивідуального водню не відбувається.
Одержані результати можуть бути використані при розробці систем нейтронного
захисту атомних реакторів [5].
Література
1. Некоторые уроки химии в свете проблем аккумулирования водорода (удачи,
ошибки, мистификации) / О.К. Алексеева, Л.Н. Падурец, П.П. Паршин, А.Н. Шилов
// ICHMS’2005: Sevastopol, Crimea, Ukraine. – September 5 – 11, 2005. – Р. 280 – 283.
2. Trefilov V.A., Skorokhod V.V., Morozov I.A. The role of hydrogen in production of
materials for space system engineering by powder metallurgy methods // Космічна наука
та технологія. – 2003. – Т. 9, № 2. – С. 355 – 361.
3. Вассерман А.М., Кунин Л.Л., Суровой Ю.Н. Определение газов в металлах. – М.:
Наука. – 1976. – 344 с.
4. О способах и механизмах снижения термической устойчивости гидридных фаз
механических сплавов на основе Mg, Ti, Y / О.Г. Ершова, В.Д. Добровольский,
Ю.М. Солонин, Р.А. Морозова // ICHMS’2005: Sevastopol, Crimea, Ukraine. –
September 5 – 11, 2005. – P. 180 – 181.
5. Гидриды металлов / Под ред. Мюллера В., Блэкледжа Д., Либовица Дж. – М.:
Атомиздат, 1973. – С. 58 – 81.
DECOMPOSITION OF YHx POWDERS UNDER CONDITIONS OF
STEP-BY-STEP HEATING IN AIR
V.V. Garbuz, V.A. Petrova, A.V. Yakovlev, S.V. Nuzhda, L.N. Kuzmenko,
R.A. Morozova, V.D. Kurochkin, V.V. Skorokhod, Yu.M. Solonin
I. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science NAS of Ukraine
Krzhizhanovsky str. 3, 03142 Kyiv-142
Decomposition of nanosized YH2,28 and YH2,25 powders with the – heat pretreated
surfaces has been studied by means of step-by-step heating in air (293 – 1073 K) as well as
helium flow in situ (293 – 2000 K), quantitative red/ox extraction, gas, chromatography and
coulometry of C, H, N, O. The YH2,25 pretreated powder has a greater thermal stability close to
that of bulk YHx samples.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-271 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:07:28Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/a3/209e8197ff25317e10e9de029f1c85a3.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-2712018-11-27T09:40:34Z Decomposition of YHx powders under conditions of step-by-step heating in air Decomposition of YHx powders under conditions of step-by-step heating in air Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі Garbuz, V. V. Petrova, V. A. Yakovlev, A. V. Nuzhda, S. V. Kuzmenko, L. N. Morozova, R. A. Kurochkin, V. D. Skorokhod, V. V. Solonin, Yu. M. Decomposition of nanosized YH2,28 and YH2,25 powders with the – heat pretreated surfaces has been studied by means of step-by-step heating in air (293 – 1073 K) as well as helium flow in situ (293 – 2000 K), quantitative red/ox extraction, gas, chromatography and coulometry of C, H, N, O. The YH2,25 pretreated powder has a greater thermal stability close to that of bulk YHx samples. Decomposition of nanosized YH2,28 and YH2,25 powders with the – heat pretreated surfaces has been studied by means of step-by-step heating in air (293 – 1073 K) as well as helium flow in situ (293 – 2000 K), quantitative red/ox extraction, gas, chromatography and coulometry of C, H, N, O. The YH2,25 pretreated powder has a greater thermal stability close to that of bulk YHx samples. За допомогою ступінчатого нагрівання на повітрі (293 – 1073 К), а також у потоці гелію “in situ” (293 – 2000 К), кількісної окисно-відновної екстракції, газової хроматографії та кулонометрії C, H, N, O вивчено розклад нанорозмірних порошків YH2,48 та YH2,25 , поверхня яких пройшла  Не – термічну обробку (Не)ТО. Порошок YH2,25 (Не)ТО визначається більш високою термічною стійкістю, що наближається до компактних зразків YHх. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2008-07-30 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/271 Surface; No. 14 (2008): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 206-209 Поверхность; № 14 (2008): Химия, физика и технология поверхности; 206-209 Поверхня; № 14 (2008): Хімія, фізика та технологія поверхні; 206-209 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/271/269 Авторське право (c) 2008 V.V. Garbuz, V.A. Petrova, A.V. Yakovlev, S.V. Nuzhda, L.N. Kuzmenko, R.A. Morozova, V.D. Kurochkin, V.V. Skorokhod, Yu.M. Solonin |
| spellingShingle | Garbuz, V. V. Petrova, V. A. Yakovlev, A. V. Nuzhda, S. V. Kuzmenko, L. N. Morozova, R. A. Kurochkin, V. D. Skorokhod, V. V. Solonin, Yu. M. Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title | Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title_alt | Decomposition of YHx powders under conditions of step-by-step heating in air Decomposition of YHx powders under conditions of step-by-step heating in air |
| title_full | Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title_fullStr | Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title_full_unstemmed | Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title_short | Розклад порошків YНх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| title_sort | розклад порошків yнх в умовах ступінчатого нагрівання в повітрі |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/271 |
| work_keys_str_mv | AT garbuzvv decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT petrovava decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT yakovlevav decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT nuzhdasv decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT kuzmenkoln decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT morozovara decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT kurochkinvd decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT skorokhodvv decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT soloninyum decompositionofyhxpowdersunderconditionsofstepbystepheatinginair AT garbuzvv rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT petrovava rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT yakovlevav rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT nuzhdasv rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT kuzmenkoln rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT morozovara rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT kurochkinvd rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT skorokhodvv rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí AT soloninyum rozkladporoškívynhvumovahstupínčatogonagrívannâvpovítrí |