Анотація до роботи:

Басараба Ю.Б. Вплив водневої обробки на структуру та розрядні властивості сплавів на основі фаз Лавеса ZrCr₂ - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.01 - матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка НАН України, Львів, 2006.

Вивчено вплив процесу ГДДР та Solid–ГДДР на фазово–структурний стан сплавів на основі інтерметалідної сполуки ZrCr₂ зі структурою фаз Лавеса. Встановлено критичні температури диспропорціонування цих сплавів.

Досліджено, що сполука ZrCr₂ зі структурою типу MgZn₂ при = 5 МПа повністю диспропорціонує на гідрид цирконію та хром. Встановлено, що ІМС ZrCr₂ зі структурою типу MgCu₂ є менш стабільною при нагріві у водні ніж сполука зі структурою MgZn₂ і диспропорціонує при =3 МПа. Реакції диспропорціонування та рекомбінації у сплавах, в яких цирконій частково заміщений титаном, протікають повільніше ніж у ZrCr₂. Термодесорбція продуктів диспропорціонування у вакуумі веде до формування фази Лавеса з кубічною ґраткою (структура типу MgCu₂) у випадку повного розпаду вихідної фази, та до відновлення вихідної фази у випадку часткового диспропорціонування.

Встановлено, що у сплаві ZrCrNi при =5 МПа диспропорціонування розпочинається при 535 С. В залежності від температури нагріву отримано сплави з різним вмістом основних (фази Лавеса С14 та С15) і домішкових фаз (ZrNi, Zr₇Ni₁₀, Zr₉Ni₁₁) та хрому. Показано, що після водневої обробки сплав ZrCrNi гомогенізується.

Запропоновано комбінований спосіб обробки цирконієвих мaтeріалів, який полягає у застосуванні термічної обробки у водні та механохімічного помелу у планетарному млині. Встановлено, що внаслідок покращення мікроструктурної однорідності та збільшення чистоти поверхні сплаву кількість циклів активації металогідридного електрода зменшується від 20 до 2.

Ключові слова: фази Лавеса, водень, гідрид, процес ГДДР, диференціальний термічний аналіз, активація, розрядна ємність.

У дисертації запропоновано новий підхід до вирішення науково-технічного завдання покращення активації металогідридних електродів зі структурою фаз Лавеса на основі інтерметалідної сполуки ZrCr₂, який полягає у поєднанні водневої обробки (процес ГДДР) та помелу сплаву у планетарному млині в атмосфері водню.

1. Вперше встановлено закономірності ГДДР в сполуці ZrCr₂ двох структурних модифікацій (типу MgZn₂ та MgCu₂). Показано, що диспропорціонування ZrCr₂ (структура типу MgZn₂) починається за =3 МПа з утворенням гідриду вихідної фази та виділенням хрому і гідриду цирконію. Повністю сплав диспропорціонує за витримки 3 год при 860 С, або за початковому тиску водню =5 МПа. Нагрів у вакуумі продуктів часткового диспропорціонування сполуки ZrCr₂ приводить до відновлення вихідної фази. Аналогічна обробка продуктів повного диспропорціонування завершується утворенням сполуки ZrCr₂ зі структурою типу MgCu₂. У випадку сполуки ZrCr₂ структурного типу MgCu₂ вона розпадається на e-ZrH_x та Cr за температур 820 та 775 С (=3 та 5 МПа відповідно) з подальшим відновленням вихідної фази нагрівом продуктів диспропорціонування у вакуумі.

2. Вперше показано, що заміщення цирконію на титан зменшує швидкість фазових перетворень у сполуці ZrCr₂ при нагріві у водні. Повний розпад сплаву Zr_1-xTi_xCr₂ на e-ZrH_x, ТіН_х та Cr має місце після 4 і 17 год витримки (для x=0,1 і 0,2 відповідно) при 950 С за =5 МПа.

3. Вперше встановлено, що фазові перетворення у системі ZrCrNi-H₂ при =5 MПa розпочинаються при 535 С з утворенням гідриду вихідної фази Лавеса зі структурою типу MgZn₂, Cr та e-ZrH_x. Після нагріву до 675 С утворюються e-ZrH_х, ZrNi₃ та Cr; за температури вище 790 С: e-ZrH_х, Zr₂Ni₇ та Cr; вище 820 С: e-ZrH_х, Zr₂Ni₇, Zr₂Ni та Cr.

4. В залежності від максимальної температури обробки отримано сплав з різним співвідношенням основних та вторинних фаз: фази Лавеса зі структурою типу MgZn₂ та MgCu₂, ZrNi, Cr, Zr₉Ni₁₁ і Zr₇Ni₁₀. Встановлено, що обробка у водні гомогенізує сплав ZrCrNi.

5. Покращення активованості металогідридних електродів на основі сполуки ZrCr₂ зумовлене сумісним впливом двох процесів – відновленням оксидних плівок у водні та гомогенізацією внаслідок застосування ГДДР.

6. Оптимізовано параметри проведення процесу ГДДР та механохімічного помелу сплаву ZrCrNi у водні та видано рекомендаціїї щодо практичного впровадження отриманих результатів.

Публікації автора:

1. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Features of the HDDR process in ZrT₂ (T = Cr, Mn, Fe, Co) compounds // J. Alloys and Compounds. - 2004. -Vol.367. - P. 283-288.

2. Булик І. І., Басараба Ю. Б., Тростянчин А. М. Вплив титану на спричинені воднем перетворення у фазах Лавеса на основі цирконію // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - № 6. - С. 67-72.

3. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Dovhyj Ya. O. Influence of Ti on the hydrogen-induced phase-structure transformations in the ZrCr₂ intermetallic compound // Intermetallics. - 2006. – Vol.14. - P. 735-741.

4. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Effect of hydrogen on the phase-structure transformations in ZrCrNi alloy // J. Alloys and Compounds. - 2004. – Vol.376. - P. 95-104.

5. Булик І. І., Басараба Ю. Б., Тростянчин А. М., Давидов В. М. Диспропорціонування у водні та рекомбінування фаз Лавеса цирконію з хромом // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - № 3. - С. 101-108.

6. Булик І. І., Басараба Ю. Б. Вплив водневої обробки на розрядні властивості електродів зі сплаву ZrCrNi // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - № 5. - С. 49-54.

7. Пат. 51233 Україна, МКІ С22F1/18, 1/02. Спосіб гомогенізації інтерметалічних сполук гідридоутворюючих металів: Пат. 51233 Україна, МКІ С22F1/18, 1/02 Булик І. І., Федоров В. В., Тростянчин А. М, Басараба Ю. Б., Синюшко В. Г. (Україна); Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка. - № 2002020928; Заявл. 05.02.2002; Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9. – 4 с.

8. Булык И. И., Федоров В. В., Тростянчин А. Н., Басараба Ю. Б., Сынюшко В. Г. Гомогенизационный отжиг интерметаллических соединений гидридообразующих металлов в водороде // Сборник докладов 3-й Междунар. конф. “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов” (ОТТОМ-3). - Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ “Контраст”, 2002. - Часть 1. - С. 186-190.

9. Panasyuk V. V., Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Hydrogen-induced phase-structure transformations in Zr_1-xTi_xCr₂ (x=0.1, 0.2) alloys // Proceedings Of the Fourth International Conference “HTM-2004”.-Donetsk-Svyatogorsk (Ukraine), 2004. - P. 155-159.

10. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Features of HDDR process in ZrT₂ (T=Cr, Mn, Fe, Co) compounds // Collected abstracts VIII International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic compounds. - L’viv (Ukraine), 2002. - P. 20.

11. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M., Davydov V. M. Effect of hydrogen on the phase-structure transformations in ZrCrNi alloy // VIII International Conference “Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials” (ICHMS’2003). - Sudak (Ukraine), 2003. - P. 276-277.

12. Bulyk I. I., Panasyuk V. V., Trostianchyn A. M., Basaraba Yu. B. Features of high hydrogen pressure HDDR process in functional materials // Abstracts International Symposium on Metal-hydrogen Systems, Fundamentals & Applications. - Cracow (Poland), 2004. - P. 133.

13. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Influence of Ti on the hydrogen-induced phase-structure transformations in the ZrCr₂ intermetallic compound // ХI International Conference “Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials” (ICHMS’2005). - Sevastopol’ (Ukraine), 2005. - P. 266-267.

14. Bulyk I. I., Basaraba Yu. B., Trostianchyn A. M. Hydrogen-induced phase transformations in ZrCrNi alloys // Collected abstracts ІХ International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic compounds. - L’viv (Ukraine), 2005. - P. 143.