Диффузия и закономерности поведения водородной подсистемы в системах металл-водород, страница 8

Теория объясняет немонотонную зависимость коэффициента диффузии от состава сплава. Установлено, что наблюдаемые высокотемпературные отклонения от закона Аррениусаобусловлены скорее многократными перескоками атомов водорода, чем влиянием вакансий.344. Получена концентрационная зависимость коэффициента диффузии водорода в металлах, обусловленная взаимодействием Н - Н. Для системы Pd - Hнайдена критическая температура фазового расслоения, ниже которой концентрационная зависимость имеет экстремальный характер с областью отрицательных значений, соответствующих неустойчивому состоянию твердого раствора относительно спинодального распада, и с максимумом при больших концентрациях, обусловленным ростом электронного химического потенциала.5. Для многокомпонентных сплавов внедрения показано, что уже самфакт занятости междоузлий, в которые происходят диффузионные переходы,атомами других компонентов приводит к перекрестным эффектам: диффузионный поток какого-либо компонента внедрения зависит от градиентов концентрации и других компонентов.

В концентрированных сплавах внедрения недиагональные потоки могут сравняться с диагональными.Установлено, что при диффузии водорода через металлические мембранывзаимодействие атомов водорода вызывает отклонение распределения водородаот линейного. В палладиевых мембранах концентрация водорода на входнойповерхности мембраны гораздо больше, чем в ее объеме.

При достаточнобольших входных давлениях концентрация почти по всей толщине мембраныустанавливается концентрация 0,6 ÷ 0,7, соответствующая максимальному значению коэффициента диффузии. Скорость проникновения резко возрастает прибольших концентрациях. При проникновении водорода из газовой смеси атомы других компонентов смеси замедляют диффузию водорода, а водород может ускорять диффузию других компонентов.6.

Построена диффузионная теория возникновения и эволюции одиночных концентрационных неоднородностей в гидридообразующих металлах. Установлено, что распространение (расплывание) концентрационных возмущенийвблизи спинодали имеет волновой характер с конечной скоростью движенияфронта. Обратное движение фронта (уменьшение радиуса неоднородности),происходящее путем восходящей диффузии, соответствует росту концентрации в неоднородности и фазовому расслоению. Показано, что процесс расслоения состоит из двух стадий - быстрой и медленной.

Далее в открытой системепроисходит рост сформировавшихся областей гидридной фазы, замедляющийсяпо мере возрастания водородных напряжений. Температурная зависимость скорости гидридного превращения имеет максимум из-за противоположных зависимостей пересыщения и скорости подвода водорода к неоднородности, который реализуется путем нормальной диффузии.7. Теория спинодального распада Кана - Хиллиарда - Лангера, описывающая возникновение и эволюцию взаимодействующих концентрационныхнеоднородностей, обобщена на случай произвольных градиентов концентрации.

Учет зависимости химического потенциала от высших пространственныхпроизводных позволил выйти за рамки приближения Гинзбурга - Ландау и получить обобщенное кинетическое уравнение, в случае «плавных» неоднородностей сводящееся к нелинейному уравнению Кана. В линейном случае удалось35выполнить полное суммирование вкладов всех высших производных. Показано,что при достаточно низких температурах возможно образование модулированных структур с кратными волновыми векторами, не поддающееся объяснению врамках теории Кана и ее модификаций.8. Выведена система нелинейных уравнений коллективной динамики систем металл - водород в континуальном приближении, описывающая взаимноевлияние водородной и металлической подсистем (система уравнений водородоупругости), и получены некоторые решения линеаризованной системы.

Показана возможность переноса растворенных атомов водорода упругой волной, скорость которого во много раз превосходит скорость обычной диффузии. Сформулированы условия применимости приближения эффективного коэффициентадиффузии.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. Гольцов В.А., Латышев В.В., Смирнов Л.И. Диффузия и растворимость водорода в металлах и упорядочивающихся сплавах // Взаимодействие водорода с металлами. / Агеев В.

Н., Бекман И. Н., Бурмистрова О. П. и др. Под ред.А. П. Захарова. - М.: Наука, 1987. - Гл. 4. - С . 105-143.2. Smirnov L.I., Goltsov V.A. Diffusion and diffusive phenomena in inerstitial subsystems of M-H systems // Progress in Hydrogen Treatment of Materials / Aoki K.,Artemenko Yu. A., Borisov G.P. et al. Ed. V.A. Goltsov. - Donetsk - Coral Gables:Publishing House «Kassiopeya Ltd» - ITA NRNFM - DonSTU, 2001. - P. 65-93.3. Goltsov V.A., Ryumshina T.A., Smirnov L.I., Glukhova Zh. L., Kotelva R.V.Theory of hydrogen elasticity phenomenon // Ibid.

- P. 95-117.4. Смирнов Л.И., Смирнова Т.С., Гольцов В.А. Надбарьерные состояния водорода и дейтерия в металлах. 1. Равновесные свойства // Укр. физ. журн. 1980. - Т.25, № 5. - С. 838-843.5. Смирнов Л.И., Машаров С.И., Рыбалко А.Ф., Тимофеев Н.И. Влияние вакансий на диффузию внедренных атомов в упорядочивающихся сплавах А - В (С) с ОЦК решеткой // Физика металлов и металловедение. - 1982. - Т.

53, №4. - С. 661-670.6. Смирнов Л.И. Диффузия внедренных атомов в тройных упорядочивающихсясплавах замещения с ОЦК решеткой при любой степени заполнения междоузлий // Физика металлов и металловедение. - 1982. - Т. 54, № 4. - С. 629-635.7. Смирнов Л.И., Рузин Э.В., Гольцов В.А. К статистической теории изотермравновесия водорода в палладии // Укр.

физ. журн. - 1985. - Т. 30, № 9. - С.1392-1397.8. Смирнов Л.И., Гольцов В.А., Лобанов Б.А., Рузин Э.В. Влияние химическогои деформационного взаимодействия атомов водорода на их диффузию в металлах // Физика металлов и металловедение. - 1985. - Т. 60, № 4. - С. 770-775.9. Смирнов Л.И., Гольцов В.А., Лобанов Б.А. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металлической матрице. I. Идеальный мно-36гокомпонентный решеточный газ // Физика металлов и металловедение.

1986. - Т. 61, № 5. - С. 837-844.10. Гольцов В.А., Смирнов Л.И. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металлической матрице. II. Неидеальный многокомпонентный решеточный газ // Физика металлов и металловедение. - 1987. - Т.63, № 2. - С. 238-244.11. Катальникова И.Н., Смирнов Л.И., Латышев В.В. Диффузия и проницаемость водорода в упорядочивающемся сплаве FeCo // Укр. физ. журн. 1978. - Т. 23, № 7. - С. 1065- 1072.12. Волков А.Ф., Смирнов Л.И., Гольцов В.А. Анализ изотерм равновесия в соединении LaNi5 // Укр. физ.

журн. - 1988. - Т. 33, № 9. - С. 1412-1414.13. Смирнов Л.И., Гольцов В.А. О нелинейных и перекрестных эффектах придиффузионном проникновении водорода через металлическую мембрану //Инж.-физ. журн. - 1988. - Т. 55, № 3. - С. 397-402.14. Смирнов Л.И. Применение метода конфигураций к расчету коэффициентадиффузии атомов в сплавах внедрения // Укр.

физ. журн. - 1989. - Т. 34, № 2.- С. 259-264.15. Смирнов Л.И., Филоненко С.С. О концентрационной зависимости коэффициента диффузии водорода в палладии // Физика металлов и металловедение. - 1989. - Т. 67, № 2. - С. 240-243.16. Смирнов Л.И. Влияние концентрационной зависимости коэффициентадиффузии на распределение и поток водорода в палладиевых мембранах //Инж.-физ. журн. - 1990. - Т. 59, № 4. - С. 602-606.17. Смирнов Л.И.

Волновое распространение концентрационных возмущений вгидридообразующих металлах и кинетика выделения гидридной фазы // Физика металлов и металловедение. - 1990. - № 10. - С. 14-20.18. Смирнов Л.И. Некоторые решения задачи Коши линейного уравнениядиффузии // Укр. физ. журн. - 1990. - Т. 38, № 3. - С. 447-453.19. Смирнов Л.И., Носенко В.Ю. О кинетике расслоения фаз в твердых растворах // Физика металлов и металловедение. - 1993.

- Т. 75, № 4. - С. 151-156.20. Смирнов Л.И. Влияние концентрационных напряжений на кинетику ростагидридной фазы в открытой системе палладий - водород // Физика металлови металловедение. - 1996. - Т. 82, № 3. - С. 75-82.21. Smirnov L.I. Effect of interaction of dissolved Hydrogen atoms upon metals'strength and plasticity // Intern. J. Hydrogen Energy. - 1997. - Vol. 22, № 2/3. P. 299-302.22. Смирнов Л.И., Гольцов В.А.

Динамика систем металл - водород в континуальном приближении и некоторые водородоупругие эффекты // Физика металлов и металловедение. - 1997. - Т. 84, № 6. - С. 47-56.23. Смирнов Л.И., Гольцов В.А. Динамика концентрационных неоднородностей водорода в металлах // Физика металлов и металловедение. - 1998. - Т.85, вып.2. - С. 19-23.3724. Смирнов Л.И. Уравнение диффузии внедренных атомов в металлах припроизвольных градиентах концентрации // Физика металлов и металловедение.

- 1998. - Т. 86, № 5. - С. 44-47.25. Smirnov L.I. Diffusion of hydrogen in metals at arbitrary concentration gradients// Intern. J. Hydrogen Energy. - 1999. - Vol. 24, № 6. - P. 813-817.26. Гольцова М.В., Артеменко Ю.А., Смирнов Л.И. О критическом замедлениидиффузии водорода в системе палладий - водород // Физика металлов и металловедение. - 2000.

- Т. 89, № 2. - С. 71-74.27. Смирнов Л.И. Перенос атомов внедрения в металлах упругой волной // Физика металлов и металловедение. - 2000. - Т. 89, № 4. - С. 10-14.СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ[1] Progress in Hydrogen Treatment of Materials / Aoki K., Artemenko Yu. A.,Borisov G.P. et al. Ed. V.A. Goltsov. - Donetsk - Coral Gables: Kassiopeya, 2001. 544 p.[2] Kleppa O.J. and Phytela R.C. A calorimetric-equilibrium study of dilutesolutions of Hydrogen and Deuterium in Palladium at 555 K to 909 K // J.

Chem.Phys. - 1982. - Vol.76, № 2. - P. 1106-1110.[3] Водород в металлах. Под ред. Г. Алефельда и И. Фелькля: Пер. с англ.- М.: Мир, 1981. - Т. 1 - 475 с, Т. 2 - 430 с.[4] Калашников А.С. Некоторые вопросы качественной теории нелинейных вырождающихся параболических уравнений второго порядка // Успехи матем. наук. - 1987. - Т. 42, вып.2. - С. 135-176.[5] Носарь А.И., Смирнов А.А. Диффузия внедренных атомов в упорядочивающихся сплавах при любой степени заполнения междоузлий // Физика металлов и металловедение. - 1978. - Т. 46, № 5. - С.