Водород в металлах. Деформации решетки металла, связанные с водородом

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Водород в металлах. Деформации решетки металла, связанные с водородом

Содержание

2. Поле деформаций для точечного дефекта Введение межузельного атома в кристаллическую решетку в общем случае сопровождается увеличением
3. Для примеси внедрения, характеризующейся тензором, могут существовать эквивалентные ориентации v в кристаллической решетке; в этом случае
4. Поле напряжений для точечного дефекта Канзаки ввел следующую полезную для теоретического описания поля смещений концепцию. Действительные
5. Оказывается, что в большинстве случаев можно ограничиться только «дипольной частью» силового распределения Это так называемый дипольно-упругий
8. Экспериментальны методы Изменение макроскопических размеров Растворение п атомов Н в металле приводит к изменению объема металла
9. Рис.2.1. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода с в сплаве Pd0,9Ag0,1 при различных температурах
10. Изменение постоянной решетки Ту же информацию можно получить с помощью прецизионных измерений постоянной решетки методами дифракции
11. Рис.2.2. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a от концентрации при растворении водорода и дейтерия в тантале
12. Рис.2.4. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a монокристаллов ниобия от концентрации водорода в α- фазе. 1÷6
13. Рис.2.5. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V от концентрации в системе ниобий-водород. 1÷7 – данные различных исследований
14. Рис.2.6. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе тантал-водород. 1÷9 – данные различных исследований
15. Методы механической релаксации Переориентация анизотропных упругих диполей во внешнем поле деформаций приводит к появлению неупругой релаксации
16. Эффект Горского применяется главным образом для прецизионных измерений коэффициента диффузии. Существует еще одна наблюдаемая величина -
17. Рис.2.7. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo ванадия от концентрации водорода и дейтерия в α- фазе
18. Рис.2.8. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе ванадий-водород. 1÷4 – данные различных исследований
19. Рис.2.9. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе палладий-водород. 1÷5 – данные различных исследований
20. Рис.2.10. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода и дейтерия в сплавеPd0,9Ag0,1
21. Эффект Снука. Если приложить одноосное напряжение, например, вдоль одной из главных осей кристалла, то будет наблюдаться
22. Рис.2.3. Интенсивность диффузного рассеяния в ниобии, легированном водородом, близи пика отражения (330) в направлениях [110], [110]
23. Таблица 2.1. Относительное изменение объема Δv/Ω при растворении водорода в ниобии. а) Обозначения: п – порошковый;
24. Δv/Ω = 0,174 ± 0,005. Ниобий Тантал Δv/Ω = 0,155 ±0,005 Ванадий Δv/Ω = 0,19 ±0,01
25. Рис.2.11. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда ГЦК металлов и сплавов в
26. Рис.2.12. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда различных ГЦК сплавов никель –
28. Скачать презентацию

Слайд 2

Поле деформаций для точечного дефекта
Введение межузельного атома в кристаллическую решетку в

общем случае сопровождается увеличением ее объема. Добавочный объем на один межузельный атом Δv можно определить исходя из изменения среднего межатомного расстояния в решетке, т. е. увеличения постоянной решетки Δa. Так называемый размерный фактор λ = a-1 (Δa/Δc) связан с Δv соотношением Δv = 3λ; через с обозначена концентрация примесных атомов в междоузлиях (количество межузельных атомов/число атомов матрицы).
В общем случае смещения и атомов решетки из равновесных положений r могут быть анизотропными, и поле деформаций обусловленных межузельными атомами, описывается тензорной величиной

Слайд 3

Для примеси внедрения, характеризующейся тензором, могут существовать эквивалентные ориентации v в

кристаллической решетке; в этом случае

где ρv – доля примесей внедрения, имеющих ориентацию v.,

Слайд 4

Поле напряжений для точечного дефекта
Канзаки ввел следующую полезную для теоретического описания

поля смещений концепцию. Действительные смещения атомов решетки, обусловленные дефектом, можно имитировать, рассматривая решетку без дефектов и вводя виртуальные силы

("силы Канзаки"). Эти силы действуют на каждый атом т (находящийся на расстоянии xim от дефектного узла), так что результирующие смещения оказываются такими же, как и при введении дефектного атома. Распределение сил можно описать с помощью мультипольного разложения по аналогии с распределением зарядов в случае электрического поля.

Слайд 5

Оказывается, что в большинстве случаев можно ограничиться только «дипольной частью» силового

распределения

Это так называемый дипольно-упругий тензор. Для получения удовлетворительного описания смещений достаточно знать силы, действующие только на несколько соседних атомов (например, на ближайших соседей дефекта).

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Экспериментальны методы
Изменение макроскопических размеров
Растворение п атомов Н в металле приводит к

изменению объема металла V на величину

где Δv – изменение объема на атом Н, т. е. величина, которая нас интересует. Величина Δv непосредственно связана со средним парциальным молярным объемом Vм = ΔvL, где L - число Авогадро.

Металлический кристалл объемом V содержит N атомов металла. Если средний объем на атом металла равен
Ω, то V = NΩ и относительное изменение объема, обусловленное Н, атомная концентрация которого есть с = n/N, дается величиной

Для кубического кристалла со случайным распределением примесей внедрения достаточно определить изменение одного из размеров образца, например его длины ΔL/L. При малых изменениях ΔV/V= ЗΔL/L+ [3(ΔL/L)2]+... и

Слайд 9

Рис.2.1. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода с в

сплаве Pd0,9Ag0,1 при различных температурах

Слайд 10

Изменение постоянной решетки
Ту же информацию можно получить с помощью прецизионных измерений

постоянной решетки методами дифракции нейтронов или рентгеновских лучей. Эти методы позволяют определить изменение среднего объема элементарной ячейки, так что полученные результаты не зависят от того, повлияли ли на изменение объема в процессе растворения Н какие-либо побочные явления, как то: испарение части атомов металла, утеря части металлического порошка и т. п. Для кубического кристалла при случайном расположении примесей в междоузлиях имеем

Малые изменения постоянной решетки определяются по сдвигу ΔΘB брэгговского отражения на больший угол (ΘB – угол Брэгга):

Слайд 11

Рис.2.2. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a от концентрации при растворении

водорода и дейтерия в тантале

Слайд 12

Рис.2.4. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a монокристаллов ниобия от концентрации

водорода в α- фазе. 1÷6 – данные различных исследований

Слайд 13

Рис.2.5. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V от концентрации в системе ниобий-водород.

1÷7 – данные различных исследований

Слайд 14

Рис.2.6. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе тантал-водород. 1÷9 –

данные различных исследований

Слайд 15

Методы механической релаксации
Переориентация анизотропных упругих диполей во внешнем поле деформаций приводит

к появлению неупругой релаксации (эффект Снука). Если дефекты обладают высокой подвижностью, как, например, Н в металлах, то возникает диффузионная релаксация в условиях градиента деформации (эффект Горского).
Для Н в ОЦК металлах, по-видимому, выполняются все условия, необходимые для наблюдения этих релаксационных процессов. Растворение Н вызывает расширение решетки; в ОЦК структуре не существует междоузлий, обладающих полной кубической симметрией. Было экспериментально доказано, что Н в Nb и Та занимает тетраэдрические междоузлия; по этой причине следует ожидать, что упругий диполь будет анизотропным, а Н будет иметь высокую подвижность. Характерная величина коэффициента диффузии при комнатной температуре: D ≈ 5·10-9 м2/с-1.

Слайд 16

Эффект Горского применяется главным образом для прецизионных измерений коэффициента диффузии. Существует

еще одна наблюдаемая величина - установившаяся неупругая деформация εa. Эта величина, нормированная на величину упругой внешней деформации εе, носит название релаксационной силы Δε = εa/εе. При малой концентрации Н она определяется выражением

Здесь ΩG – зависящий от ориентации множитель, который содержит упругие модули и направляющие косинусы; kB–постоянная Больцмана; Т–температура; S11–коэффициент упругой податливости

Слайд 17

Рис.2.7. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo ванадия от концентрации водорода и

дейтерия в α- фазе

Слайд 18

Рис.2.8. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе ванадий-водород. 1÷4 –

данные различных исследований

Слайд 19

Рис.2.9. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе палладий-водород. 1÷5 –

данные различных исследований

Слайд 20

Рис.2.10. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода и дейтерия

в сплавеPd0,9Ag0,1

Слайд 21

Эффект Снука. Если приложить одноосное напряжение, например, вдоль одной из главных

осей кристалла, то будет наблюдаться зависящее от времени упорядочение анизотропных упругих диполей. Эта неупругая релаксация пропорциональна (λ1-λ2) или А - В для тетрагонального поля деформаций. Она может быть обнаружена по изменениям упругих модулей. Были исследованы модули сдвига С' = (С11-C12)/2, C44 и модуль всестороннего сжатия В = (С11 + 2C12)/3. Для малых концентраций дефектов и тетрагональных деформаций изменение С′ должно иметь следующий вид:

Тщательные измерения эффекта Снука в сплавах Ме-Н дали неожиданно малое значение λ1-λ2, которое практически лежало в пределах погрешностей эксперимента.

Слайд 22

Рис.2.3. Интенсивность диффузного рассеяния в ниобии, легированном водородом, близи пика отражения

(330) в направлениях [110], [110] и [001]

Слайд 23

Таблица 2.1. Относительное изменение объема Δv/Ω при растворении водорода в ниобии.
а)

Обозначения: п – порошковый; о – объемный; мк – монокристаллический.
б) Значение Δа = 0,23·с (Δv/Ω=0,21), данное в работе [3,36], находится в очевидном
противоречии с величиной, приведенной в качестве экспериментального результата
В таблице приведена оценка экспериментального значения.

Слайд 24

Δv/Ω = 0,174 ± 0,005.
Ниобий
Тантал
Δv/Ω = 0,155 ±0,005
Ванадий
Δv/Ω =

0,19 ±0,01

Палладий

Δv/Ω = 0,19±0,01

Слайд 25

Рис.2.11. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда

ГЦК металлов и сплавов в однофазной области (25 °С). 1 – палладий; 2 – никель; 3 – иридий-палладий; 4 – золото-палладий; 5 – серебро-палладий; 6 – платина-палладий; 7 – медь-палладий; 8 – медь-никель

Слайд 26

Рис.2.12. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда

различных ГЦК сплавов никель – марганец в однофазной области (25 °С).

Водород в металлах. Деформации решетки металла, связанные с водородом

Содержание

Поле деформаций для точечного дефектаВведение межузельного атома в кристаллическую решетку в

Для примеси внедрения, характеризующейся тензором, могут существовать эквивалентные ориентации v в

Поле напряжений для точечного дефектаКанзаки ввел следующую полезную для теоретического описания

Оказывается, что в большинстве случаев можно ограничиться только «дипольной частью» силового

Экспериментальны методыИзменение макроскопических размеровРастворение п атомов Н в металле приводит к

Рис.2.1. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода с в

Изменение постоянной решеткиТу же информацию можно получить с помощью прецизионных измерений

Рис.2.2. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a от концентрации при растворении

Рис.2.4. Зависимость относительного изменения постоянной решетки Δa/a монокристаллов ниобия от концентрации

Рис.2.5. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V от концентрации в системе ниобий-водород.

Рис.2.6. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе тантал-водород. 1÷9 –

Методы механической релаксацииПереориентация анизотропных упругих диполей во внешнем поле деформаций приводит

Эффект Горского применяется главным образом для прецизионных измерений коэффициента диффузии. Существует

Рис.2.7. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo ванадия от концентрации водорода и

Рис.2.8. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе ванадий-водород. 1÷4 –

Рис.2.9. Зависимость относительного изменения объема ΔV/V в системе палладий-водород. 1÷5 –

Рис.2.10. Зависимость относительного изменения длины ΔL/Lo от концентрации водорода и дейтерия

Эффект Снука. Если приложить одноосное напряжение, например, вдоль одной из главных

Рис.2.3. Интенсивность диффузного рассеяния в ниобии, легированном водородом, близи пика отражения

Таблица 2.1. Относительное изменение объема Δv/Ω при растворении водорода в ниобии.а)

Δv/Ω = 0,174 ± 0,005.НиобийТантал Δv/Ω = 0,155 ±0,005 ВанадийΔv/Ω =

Рис.2.11. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда

Рис.2.12. Зависимость изменения объема ΔV от концентрации с водорода для ряда

Похожие презентации

Поле деформаций для точечного дефекта
Введение межузельного атома в кристаллическую решетку в

Поле напряжений для точечного дефекта
Канзаки ввел следующую полезную для теоретического описания

Экспериментальны методы
Изменение макроскопических размеров
Растворение п атомов Н в металле приводит к

Изменение постоянной решетки
Ту же информацию можно получить с помощью прецизионных измерений

Методы механической релаксации
Переориентация анизотропных упругих диполей во внешнем поле деформаций приводит

Таблица 2.1. Относительное изменение объема Δv/Ω при растворении водорода в ниобии.
а)

Δv/Ω = 0,174 ± 0,005.
Ниобий
Тантал
Δv/Ω = 0,155 ±0,005
Ванадий
Δv/Ω =