Исследование поведения водорода в нержавеющей стали при температурном и радиационном воздействии
Диссертация
Проблемы связанные с присутствием водорода в металлах и сплавах, постоянно находятся в центре внимания широкого круга исследователейфизиков, химиков металлургов и др. Водород способен оказывать сильное влияние на физико-химические свойства материалов, а исключить его проникновение не удается из-за большого содержания в атмосфере и водной среде, а также по техническим условиям использования… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ВОДОРОДА В МЕТАЛЛАХ
- 1. 1. 0. бщие вопросы взаимодействия водорода с металлами
- 1. 1. 1. Проникновение и состояние водорода в металлах
- 1. 1. 2. Взаимодействие водорода со сталью
- 1. 1. 3. Влияние дефектов структуры на эффективность поглощения водорода
- 1. 2. Физические основы процессов радиационно-стимулированной диффузии водорода в металлах и сплавах
- 1. 2. 1. Физические основы обычной диффузии водорода в металлах
- 1. 2. 2. Ускорение диффузии при облучении
- 1. 2. 3. Упорядочение структуры металла при облучении
- Выводы
- ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО И РАДИАЦИОННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ МЕТАЛЛОВ
- 2. 1. Постановка задачи
- 2. 2. методика исследования Термостимулированного газовыделения
- 2. 3. методики исследования электроно-стимулированного газовыделения
- 2. 4. методика исследования проницаемости водорода через металлические мембраны
- 2. 5. Физические основы метода термостимулированного газовыделения термодесорбционая спектроскопия
- 2. 5. 1. Термическая десорбция с поверхности твердых тел
- 2. 5. 2. Поверхностная ионизация (ПИ)
- 2. 5. 3. Изотермический метод спектроскопии
- 2. 5. 4. Метод программирования температуры
- 2. 5. 5. Определение энергии активации десорбции (энергия связи атомов водородом в ловушках)
- 2. 6. 0. сновы электронно-стимулированного газовыделения электронно-стимулированная десорбция (ЭСД)
- 2. 6. 1. Кинетический механизм ЭСД
- 2. 6. 2. Механизмы ЭСД основанные на возбуждении электронной системы адсорбата
- Выводы
- ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ВОДОРОДА ПРИ ТЕРМО И РАДИАЦИННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
- 3. 1. Способы насыщения металлов водородом
- 3. 1. 1. Насыщение водородом из газовой фазы при нагревании (метод Сивертса)
- 3. 1. 2. Электролитическое насыщение водородом сталей
- 3. 1. 3. Установка и методика насыщения образцов из водородной плазмы
- 3. 2. Использованные методы исследования систем «металл-водород»
- 3. 2. 1. Метод вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС)
- 3. 2. 2. Анализатор водорода RHEN602 фирмы Leco
- 3. 2. 3. Измерение скорости распространения звуковых волн в системах металл-водород
- 3. 2. 4. Измерение микротвердости металлических материалов облученных и насыщенных водородом
- Выводы
- ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
- 4. 1. Изучение динамики накопления водорода в стали при насыщении электролитическим способом
- 4. 1. 1. Зависимость накопления водорода в образце от времени насыщения электролитическим способом
- 4. 1. 2. Зависимость накопления водорода от плотности тока на образце при электролизе
- 4. 1. 3. Зависимость выхода от времени выдержки на атмосфере после электролитического насыщении
- 4. 2. Изучение динамики накопления водорода при насыщении образцов из водородной плазмы
- 4. 3. Изучение динамики накопления водорода при насыщении в установке Сивертса
- 4. 4. Сравнение динамики накопления водорода при разных способах насыщения
- 4. 5. Исследование выхода водорода при облучении электронами
- 4. 6. Изучение проницаемости водорода через мембраны из нержавеющей стали
- 4. 6. 1. Методика эксперимента
- 4. 6. 2. Результаты эксперимента
- 4. 7. Влияние водорода и рентгеновского облучения на микротвердость и скорость звука ферритной стали
- 4. 7. 1. Подготовка образцов
- 4. 7. 2. Результаты эксперимента
- Выводы
Список литературы
- Барьяхтар В.Г., Буравлев Ю. М., Милославский А. Г., Кушнир М. П. Водород в диффузионных процессах химико-термической обработки металлов и сплавов. Киев. Наукова думка. 1999. 256 с.
- Yokoyama K.I., Ogawa Т., Takashima К., Asaoka К., Sakai J.I. Hydrogen embitterment of Ni-Ti superelastic alloy aged at room temperature after hydrogen charging // Materials Science and Engineering. 2007. — A V.466. — P. 106−113.
- Fundamentals of hydrogen treatment of materials. Goltsov V.A., Progress in hydrogen treatment of materials. Edited by Goltsov V.A., Donetsk. 2001. 541 p.
- Refocus. Fuel cells supplement. 2003. Edited by P. Spencer. 32 p.
- Мешков H.K., Рачук B.C., Холодный В. И. Пути повышения надежности двигателей летательных аппаратов, использующих водород в качестве горючего //Третий международный аэрокосмический конгресс. IAC2000. Сборник тезисов. М. 23−27 августа 2000 г. С. 165 .
- GarcHa С., MartHn F., Tiedra P., Cambronero L.G. Pitting corrosion behaviour of PM austenitic stainless steels sintered in nitrogen-hydrogen atmosphere // Corrosion Science. 2007. — V.49. — P. 1718−1736.
- Гельд П.В., Рябов P.A., Мохрачева Л. П. Водород и физические свойства металлов и сплавов. М.: Наука, 1985. 232 с.
- Мамонтов А.П., Чернов И. П. Эффект малых доз ионизирующего излучения. М. Энергоатомиздат.: 2001. 286 с.
- Цвиккер У. Титан и его сплавы. Пер. с нем. М: 1979. 512 с.
- Явойский В.И., Баталии Г. И. Труды научно-технического общества черной металлургии. М.: Металлургиздат. 1955. Т.4. С. 105.
- Katz Y., Tymiak N., Gerberich W.W. Nano-mechanical probes as new approaches to hydrogen/deformation interaction studies, Eng. Fracture Mech., 68, 619−646 (2001).
- Гутцов H.T. Труды научно-технического общества черной металлургии. М: Металлургиздат. 1955 г. Т. IV. С. 112.
- Галактионова Н.А. Водород в металлах. М.: Металлургиздат, 1958. 157с.
- Wert С.A. Hydrogen in metals. II: Topics in applied physics. Berlin etc.: Springer, 1978. 4ol. 29. P. 305−330. Рус. пер.: Верт Ч. Водород в металлах. М.: Мир, 1981. Т. 2. С. 362−392.
- Гельд П.В., Рябов Р. А., Кодес Е. С. Водород и несовершенства структуры металла. М.: Металлургия. 1979. 221 с.
- Фридель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. 644 с.
- Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. 600 с.
- Трефилов В.И., Мильман Ю. В., Фирстов С. А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: Наук, думка, 1975. 316 с.
- Thomas В. Hydrogen Effects in Metals. Ed. Bernstein I.M., Thompson A.W. Met. Soc. AIME, 1981. P. 77 — 85.
- Агеев B.H., Беркман И. Н., Бурмистров О. П. и др. Взаимодействие водорода с металлами. Под ред. Захарова А. П. М.: Наука. 1987. 296 с.
- Volkl. J. Metal Hydrides: Proc. NATO Adv. Study Instr. Rhodes, 17−27 June 1980. 1981. P. 105−108.
- Смирнов А.А. Теория диффузии в сплавах внедрения. Киев.: Наукова думка, 1982. 168 с.
- Смирнов А.А.//Укр. физ. журн. Т.29. № 7. 1984. С. 1094−1095.
- Шалаев A.M., Адаменко А. А. Радиационно-стимулированная диффузия в металлах. М.:Атомиздат. 1972. 148 с.
- Дехтяр И.Я., Михаленков B.C. Влияние дефектов кристаллического строения на параметры диффузии в никелевых сплавах //Вопросы физики металлов и металловедения. Вып. 11. Киев. Изд-во АН УССР. 1960. 106 с.
- Leibfried С. Defects in dislocations produced by focusing collisions in f-c. c. Lattices//J. Appl. Phys. 1960. V. 31, № 11. P. 117.
- Дехтяр И.Я. Электронная природа дефектов в металлах по данным по-зитронной аннигиляции// Электронная структура переходных металлов и их сплавов. Вып. III. Киев, Изд. Ин-та металлофизики АН УССР. 1971. С. 3.
- Давыдов А.С. Квантовая механика. М.: Наука. 1973. 300 с.
- Предводителев А.А., Троицким О. А. Дислокации и точечные дефекты в гексагональных металлах. М.: Атомиздат. 1973. 136 с.
- Тюрин Ю.И., Чернов И. П., Баумбах X., Кренинг М. Радиационно-стимулированный выход водорода из металлов. Томск. Изд-во Том. Ун-та, 2000. 264 с.
- Мамонтов, Чернов Эффект малых доз, Томск, изд. Дельтаплан, 2009.
- I.P. Chernov, Yu. I. Tyurin, et.al. Jnternern.J.Hydrogen Energy. 1999. V.24. p. 359.
- Тюрин Ю.И., Чернов И. П., Доклады Академии Наук, 1999, т.367, № 3, июль с. 328.
- И.П. Чернов, Ю. М. Коротеев, и др. ДАН, т.420, № 6, с. 1−5, 2008.
- И.П. Чернов, Ю. П. Черданцев, Вопросы атомной науки и техники, Серия: Материаловедение и новые материалы, выпуск 2(63), 2004 с. 123.
- Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А., Зотов А. В., Катаяма М. Введение в физику поверхности. Москва: Наука, 2006,490 с.
- Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. -М.: Мир, 1989.
- Тюрин Ю.И., Семенов A.M., Никитенков Н. Н. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. № 5. С. 90.
- Никитенков Н.Н. Изотопный, химический и структурный анализ поверхности методами атомной физики. Томск: ТПУ, 2002.
- Никитенков Н.Н., Хоружий В. Д. Исследование выхода изотопов водорода методами термогазовыделения. Томск: ТПУ, 2007.
- Тюрин Ю.И., Чернов И. П. Аккумулирующие свойства водорода в твердом теле. М.: Энергоатомиздат, 2000.
- Крачино Т.В., Кузьмин М. В., Логинов М. В., Митцев М. А. // ФТТ. 1998. Т.40, № 2, С. 371.
- Денисов Е.А., Компаниец Т. Н. // ЖТФ. 2001. Т.71, вып. 2. С. 111.
- Тюрин Ю.И., Семенов A.M., Никитенков H.H. Высоковакуумный метод измерения коэффициентов диффузии легких изотопов в металлах in situ // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2004.-№ 5.-С. 90−93.
- Баранов В.П. Определение эффективных коэффициентов диффузии водорода в деформированных высокопрочных сталях. // Современные проблемы науки и образования.-№ 2.-2007.- www.rae.ru Российская Академия естествознания.
- Тюрин Ю.И., Чернов И. П. Аккумулирующие свойства водорода в твердом теле. Энергоатомиздат. М.: 2000 г. 285 с.
- Поволоцкий Д.Я., Морозов А. Н. Водород и флокены в стали. М.: Металлургиздат. 1959. 243 с.
- Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1982. 232 с.
- Карпенко Г. В., Крипякевич Р. И. Влияние водорода на свойства стали. М.: Металлургиздат, 1962.
- Ажогин Ф.Ф. Коррозия и защита металлов. Оборонгиз, 1957.
- Якименко Л.М., Модылевская И. Д., Ткачек З. А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970.
- Mclntyre N.S., Davidson R.D., Weisener C.G. et al. SIMS stadies of hydrogen diffusion through oxides on Zr-Nb alloy// Surface and interface analyses. 1991. V. 17. P. 757−763.
- Scholz J., Zuchner H., Palulus H., Muller K.H. Ion bombardment induced segregation effect in VDx studies by SIMS and SNMS// J. of Alloys and Сотр. 1997. V. 253−254. P. 459−462.
- Casey H.C., Chang-Ho Chen., Zavada J.M., Novak S.W. Analysis of hydrogen diffusion from proton-exchenged layers in LiNb03// Appl Phys. Lett. 1993. V. 63(6). P. 718−721.
- Никитенков H.H., Черданцев Ю. П., Воронина E.B. Особенности исследования изотопов водорода в металлах методом ВИМС.Том. политехи, ун-т. Томск, 2003. 21 е.: Деп. в ВИНИТИ № 1242 — В2003 от 26.06.03 г.
- Nagai Y., Saito Y., Matuda N. Hydrogen desorption from copper during ion bombardment measured by SIMS// Vacuum. 1996. V. 47. P. 737−739.
- Chene J., Lecoester F., Brass A.M., Nel D. SIMS analysis of duterium diffusion in alloy 600: the correlation betseen fracture mode and duterium concentration profile// Corrosion Sience. 1998. N1. P. 49−60.
- Loheide F., Scholz J., Zuchner H. Hydrogen (deuterium) bonding properting in ZrV2 Dx studied by SIMS and SNMS// J. of Alloys and Сотр. 1997. V. 253−254. P. 463−466.
- Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Физическое распыление твердых тел. Под ред., Бериша P.M. Мир. 1984. 336 с.
- Блинов Ю.Ф., Серба П. В. Искажение профилей распределения примеси при измерении методом ВИМС// Поверхность. 2000. № 3. С. 71−74.
- Макарец Н.В., Фалько Г. Л., Федорченко В. М. Распыление поверхности мишени и радиационно-стимулированная диффузия примеси// Поверхность. 1984. № 5. С. 29−34.с
- Никитенков Н.Н., Тюрин Ю. И., Чернов И. П., Скирневский А. В., Гаранин Г. В., Лидер A.M. Исследования накопления водорода в циркониевом сплаве методом термостимулированного газовыделения // Известия ТПУ. 2006. № 5.
- Муравьев В.В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука. 1996. 185 с.
- Черданцев Ю.П., Семухин Б. С., Воронина Е. В. Влияние водорода и дефектов на скорость звука в металлах и сплавах. Том. политехи, ун-т. Томск. 2003. 41 е.: Деп. в ВИНИТИ № 339 -В2003 от 19.02.03 г.
- Ботаки А.А., Ульянов В. Л., Шарко А. В. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. М. Машиностроение. 1983. 80 с.
- Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. М.: Мир. 1972. 308 с.
- Семухин Б.С. Материаловедческие основы акустической диагностики деталей и конструкций в процессе их эксплуатации. Автореферат докторской диссертации. Новосибирск. 2001. 39 с.
- De Р.К., John T.J., Banerjee S. Assessment of hydrogen level in Zircaloy-2 by non-destructive testing// J. of Nucl. Mat. 1998. V. 252. P. 43−54.
- Келли А., Николсон P. Дисперсионное твердение. M.: Металлургия, 1966. 300 с.
- Ньюкерк Дж.Б. Общая теория, механизм и кинетика// Старение сплавов. М.: Металлургия, 1962. С. 12 -142.
- Андерсон В.А. Стареющие сплавы на алюминиевой основе // Там же. М.: Металлургия, 1962. С. 143 201.11: Щукин В. А. Скорости распространения ультразвуковых волн в различных металлах и сплавах // Дефектоскопия. 1977. № 3. С. 65 — 68.
- Paradahs E.P. Ultrasonic attenuation and velocity three transformation products in steel // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. № 5. P. 1474 — 1482.
- Семухин Б.С., Бушмелева К. И., Зуев Л. Б. Скорость распространения ультразвука и явление текучести в стали 09Г2С// Металлофизика и новейшие технологии. 1998. Т. 20. № 5. С. 68−71.
- Попов Е.А., Иванова B.C., Терентьев В. Ф. К вопросу о классификации дислокационных структур и анализ многоуровневой динамики ансамблей дефектов // Синергетика и усталостное разрушение металлов. М.: Наука, 1989. С. 153−170.
- Бобренко В.М. Ультразвуковые методы и устройства для контроля качества механических напряжений//Дефектоскопия. 1983. № 12. С. 8- 11.
- НоНег P., Schneider Е. Nondestructive stress and microstructure analysis by ultrasonics // Elast. Waves and Ultrason. Nondestruct. Eval: Proc. IUTAM Symp. Elast. Wave Propag. and Ultrason. Eval., Boulder. Colo. July 30 Aug. 3, 1989. P. 325 332.
- Fisher M.J., Herrmann G. Acoustoelastic measurements of residual stress. Rev. Ргояг. Quant. Nondestruct. Eval // Proc. 10th Ann. Rev., Santa Cruz., Calif. Aug. 7- 12, 1983. P. 1291.
- Tietz H.D. Non-destructive characterization of surface hardening // Residual Stress Sci. and Technol: Int. Conf., Garmish. Partenkirchen. 1986. Oberursel. 1987. V. l.P. 825- 829.
- Okada Kenichi. Ultrasonic measurement of anisotropy in rolled materials using surface wave // Jap. J. Appl. Phys. 1986. Pt 1. 25. Suppl. N 1. P. 197 199.
- Власов H.M., Любов Б. Я. Взаимодействие дефектов и свойства металлов. Тула.: Изд. ТПИ. 1976. С. 5 9.
- Коттрелл А.Х. В кн.: Структура и механические свойства металлов. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1967, с. 210 224 с ил. Cottrell А. Н, Bildy В.А. //Proc. Phys. Soc. 1949. V. А62. № 1. P. 49−62.
- Головин Ю.И., Дуб С.Н., Иволгин В. И., Коренков В. В., Тюрин А. И. Кинетические особенности деформации твердых тел в нано- и микрообъемах // Физика твердого тела. 2005. Т. 47, вып. 6. С. 961- 973.
- Особенности применения методов наноиндентирования для изучения физико-механических свойств поверхности металлов, модифицированных пучками водорода и гелия //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2008, № 3. — с. 78−82.
- Н.Н. Никитенков, A.M. Хашхаш, И. П. Чернов, Ю. И. Тюрин, А. М. Лидер. Динамика накопления и радиационно-стимулированного выхода водорода из сталей. // Поверхность. Ренгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2010. —№ 3.- С. 236−240.
- Yokoyama К., Ogawa Т., Asaoka К., Sakai J., Nagumo М. Mater. Sci. Eng. A 360(2003) 153.
- Ogawa Т., Yokoyama K., Asaoka K., Sakai J. Mater. Sci. Eng. A 422 T. Asaoka, H. Yamashita, H. Saito, Y. Ishida, J. Jpn. Inst. Met. 57 (1993)1123.
- Чернов И.П., Никитенков Н. Н., Тюрин Ю. И., Лидер A.M., Крёнинг М., Баумбах X. Физика и химия обработки материалов. № 4 (2003) 46.(5 OREPORT)
- Yokoyama К., Watabe S., Hamada К., Sakai J., Asaoka К., Nagumo M. Mater. Sci. Eng. A 341 (2003)91.
- Nishiue Т., Kaneno Y., Inoue H., Takasugi T. Intermetallics 11 (2003) 817.
- Hirth J.P. Metall. Trans. A 11A (1980) 861.
- Suzuki N., Ishii N., Miyagawa Т., Harada H. Tetsu-to-Hagan.e 79 (1993) 227.
- Nagumo M. Mater. Sci. Technol. 20 (2004) 940.
- Takai K., Watanuki R. ISIJ Int. 43 (2003) 520.
- Ogawa Т., Yokoyama K., Asaoka K., Sakai J.J. Alloys Compd. 396 (2005) 269.
- Гапонцев A.B., Кондратьев B.B. Диффузия водорода в неупорядоченных металлах и сплавах // УФН. Т.173. — № 10. — С. 1107−1129.
- Чернов И.П., Коротеев Ю. М., Силкин В. М., Тюрин Ю. И. Доклады академии наук. 2008, Т. 420. № 6, С. 758.
- Никитенков Н.Н. Процессы при ионном распылении поверхности твердых тел и энерго-масс-спектрометрия вторичных ионов. Дисс. д-ра физ.-мат. наук 01.04.04. М.: МГУ, 2007. 321 с.
- Смирнов Л. И. Диффузия и закономерности поведения водородной подсистемы в системах металл-водород. Автореф. дисс. доктора физ.-мат. наук. М: МГУ, 38 с.
- Гапонцев А.В., Кондратьев В. В. Диффузия водорода в неупорядоченных металлах и сплавах // УФН. Т.173. — № 10. — С. 1107−1129.
- Hirth J.P. The effect of hydrogen on the properties of iron and steel, Met. Trans., 11 A, 861−890(1980).
- Oriani R.A. Hydrogen the versatile embrittler, Corrosion, 43, 390−397 (1987).
- Teter D.F., Robertson I.M., Birnbaum H.K. The effects of hydrogen on the deformation and fracture of p-titanium, Acta Mater., 49, 4313−4323 (2001).
- Johnson K.L. Contact Mechanics, (Cambridge University Press, 1985), 154−183.
- Nibur К.A., Bahr D.F. Identifying slip systems around indentations in FCC metals, Scripta Materialia, 49, 1055−1060 (2003).
- Zielinski W., Huang H., Venkataraman S., Gerberich W.W. Dislocation distribution under a microindentation into an iron-silicon single crystal, Phil. Mag. A, 72, 1221−1237(1995).
- Ghazi S.A., Amjad S.E. Effect of Cathodically Charged Hydrogen on the Microhardness of Pure Copper. American Journal of Applied Sciences 2(2): 526 532, 2005 ISSN 1546−9239.
- Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-enhanced localized plasticity—a mechanism for hydrogen-related fracture, Mater. Sci. Eng., A176, 191−202 (1994).
- Abraham D.P., Altstetter C.J. Hydrogen-enhanced localization of plasticity in an austenitic stainless steel, Met. Trans., 26A, 2859−2871 (1995).