Синтез и свойства многокомпонентных гидридов металлов (1098249), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эти4данные могут быть использованы для прогноза поведения сплавов в атмосфереводорода, при разработке новых материалов для металлогидридной технологии.• Созданием композиционных материалов, не разрушающихся при многократныхциклах "абсорбции-десорбции" водорода.• Созданием опытной технологии получения высокоэффективных материалов,используемых для систем хранения водорода, изготовления МН-электродов,средств защиты от нейтронного излучения, анализаторов водорода; разработкойлабораторныхаккумуляторовводородаипромышленныхаккумуляторовводорода секционного типа.• Разработкойновыхметодовполученияметаллическихпорошковдляизготовления постоянных магнитов.ПУБЛИКАЦИИ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.По теме исследования опубликовано свыше 100 работ, в том числе, 4 обзора иполучено 35 авторских свидетельств. Результаты диссертационной работы былидоложены на III Всесоюзном совещании "Синтез и физико-химические свойствагидридов переходных металлов" (1978г., Москва), I Всесоюзной научной конференции"Научно-техническое сотрудничество "Предприятие-ВУЗ" (1980г., Москва), I, II, IIIВсесоюзном семинаре "Синтез, свойства и применение гидридов ИМС" (1980, 1983,1985 гг., Москва), ХII Менделеевском съезде по общей и неорганической химии (1981г., Москва), II Всесоюзном совещании по проблеме водорода и его аномальныхсостояний" (1981 г., Москва), Всесоюзной конференции "Защита воздушного бассейнаот загрязнения токсическими выбросами транспортных средств" (1981 г., Харьков),Школе-семинаре "Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь" (1982 г.,Воронеж),IХВсесоюзнойконференциипокалориметрииихимическойтермодинамике (1982 г., Тбилиси), VI Всесоюзном совещании по физико-химическомуанализу (1983 г., Киев), Всесоюзной конференции "Тепло- и массообмен при фазовыхи химических превращениях" (1983 г., Минск), Межотраслевом семинаре "Атомноводородная энергетика и технология" (1984 г., Москва), II Всесоюзном научномсовещании "Применение высоких давлений для получения новых материалов исоздания интенсивных процессов химических технологий" (1986 г., Москва), ХIнаучном семинаре "Влияние высоких давлений на вещество" (1986 г., Одесса),Ломоносовских чтениях в 1988г.
(химический факультет МГУ) и 1997г. (физическийфакультет МГУ), Всесоюзном совещании по исследованию, разработке и применению5магниевых сплавов в народном хозяйстве (1988 г., Москва), Научно-практическойконференции "Новые конструкционные материалы - основа повышения техническогоуровня и качества сельскохозяйственной техники", IV и V Всесоюзном совещании похимии неорганических гидридов (1987, 1991 г.г., Душанбе), VII и ХI Всемирнойконференции по водородной энергетике (1988, 1996 г.г., Москва, Штутгардт), I и IIВсесоюзной школе-семинаре "Методы получения, структура и свойства гидридовметаллов и ИМС" (1987, 1989 г.г., Одесса), Выставке-ярмарке "Комплекснаяпрограмма научно-технического прогресса стран-членов СЭВ в действии" (1989 г.,Москва), III Всесоюзном совещании "Химия высоких давлений" (1990 г., Москва), VIВсесоюзном совещании по химии, технологии и применению ванадия (1990 г., НижнийТагил), Всесоюзном семинаре "Материалы для водородной технологии и энергетики"(1991 г., Львов), Научно-техническом семинаре "Техноэкология" (1991 г., Донецк),Международных симпозиумах по системам металл-водород (1992, 1994, 1996 гг.,Швеция, Япония, Швейцария), ХI Всероссийской конференции по постоянныммагнитам (1994, 1997 г., Суздаль), Международных конференциях "Водородноематериаловедениеихимиягидридовметаллов"(1995,1997гг.,Украина),Международной конференции "Водородная обработка металлов" (1995 г., Украина),Международной конференции по электротехническим материалам и компонентам(1995 г., Украина), III Международном симпозиуме по физике магнитных материалов(1996 г., Сеул).СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ1.
ВВЕДЕНИЕВозможность применения гидридов металлов для хранения, транспорта, очисткии компримирования (сжатия) водорода связана с задачей получения для этих целейразличного класса гидридов с широким диапазоном регулируемых свойств.Сопоставление с наиболее широко распространенным способом компримированногохранения водорода выдвинуло следующие основные требования к материаламабсорбентам водорода:• содержание водорода не менее 1 масс.%;• устойчивость в процессе проведения циклов "абсорбция-десорбция" водорода;• высокая скорость абсорбции (десорбции) водорода;• достаточная инертность к примесям, содержащимся в водороде.6Основное внимание было уделено изучению свойств низкотемпературныхгидридов и высокотемпературных гидридов или сплавов для аккумулированияводорода. Имеется ввиду, что первая группа гидридов выделяет водород при давлении> 1 атм.
при температурах < 373 К, а вторая группа, соответственно, при температурах> 373 К.К началу настоящей работы достаточно подробно были изучены свойствабинарных гидридов и гидридов отдельных ИМС. Представлялось, что комплексноеисследование многокомпонентных гидридов сплавов и ИМС может служить основойдля создания полифункциональных материалов-абсорбентов водорода для различныхтехнологических задач. Анализ литературных данных определил и выбор объектовисследования: сплавы и ИМС титана, циркония, магния и РЗМ.Для решения поставленных в работе задач исследование взаимодействияводорода со сплавами и ИМС титана и циркония проводилось по следующимнаправлениям : синтез гидридов на основе многокомпонентных сплавов, исследованиехарактера их разложения, установление зависимости состав сплава - свойство гидридаиопределениеусловийвысокотемпературныхдляпрактическогоматериалов-абсорбентовихпримененияводорода.Длявкачестверазработкинизкотемпературных материалов для аккумулирования водорода были исследованысвойства гидридов на основе ИМС TiFe и фаз Лавеса, а также многокомпонентныхсплавовванадия,изученыихтехнико-эксплуатационныехарактеристики.Возможность применения гидридов металлов в качестве материалов для защиты отнейтронного излучения определила еще одно направление работы - синтез иисследование свойств гидридов металлов на основе титана и циркония с высокойрентгеновской плотностью и объемной концентрацией водорода.К началу настоящей работы были известны очень немногочисленные данные какпо энтальпиям образования гидридов ИМС, так и по кинетике взаимодействияводорода с ИМС.
В связи с этим с целью изучения механизма реакции взаимодействияводорода с ИМС, определения более точных значений энтальпии реакции изависимости ее от температуры, для наиболее перспективных материалов-абсорбентовводорода был проведен комплекс кинетических и калориметрических исследований.В отличие от титана, магний аккумулирует почти вдвое большее количествоводорода.
Это свойство магния обусловило еще одно направление наших исследованийв области разработки высокотемпературных систем аккумулирования водорода 7изучение взаимодействия водорода с многокомпонентными сплавами магния.Исследования были направлены прежде всего на установление зависимости скоростиреакции и полноты ее протекания от состава сплава, разработку оптимальныхкомпозиций для практического использования.Процесс абсорбции водорода, проведение циклов "абсорбция-десорбция"водорода сопровождаются механическими (самоизмельчение металлической матрицы),а в ряде случаев и ее химическими превращениями (диспропорционирование). Помимонаучного интереса,оценка устойчивости металлогидридных систем, изучениераспределения частиц по размерам в зависимости от числа циклов "абсорбция десорбция",систематизацияполученныхрезультатов,являютсянеобходимымусловием как при разработке материалов-абсорбентов водорода и конструированиисистем аккумулирования водорода, так и для применения полученных данных впорошковой металлургии.Помимо металлических гидридов, свойства которых рассматриваются впредыдущих разделах, неметаллические гидриды с высоким содержанием водородапредставляют несомненный научный интерес.
Синтез новых многокомпонентныхгидридов, с применением, в том числе, техники высоких давлений, изучение ихструктуры и физико-химических свойств, играют важную роль в дальнейшем развитиихимии гидридов металлов.В практическом плане наши исследованиябыли направлены на разработкуметаллогидридных аккумуляторов водорода для хранения и транспорта водорода,опытной и опытно-промышленной технологии производства сплавов - абсорбентовводорода,примененияэффектагидридногодиспергированиядляполученияметаллических порошков.Часть экспериментальной работы выполнена совместно с сотрудниками ИПМНАН Украины, ФМИ НАН Украины и Физического факультета МГУ.2.
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ГИДРИДОВ СПЛАВОВ И ИМСПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ.Эволюция исследований взаимодействия водорода со сплавами и ИМС титана ициркония может быть представлена следующей схемой:Гидриды с высокойплотностьюTi-Ta-W-H2Zr, Ti, V8ИМС со структурой фазЛавеса для храненияводородаНизкотемпературныесплавы для храненияводородаTiFe-MV-MTi1-xZrxV2-yMyM - Mn, Fe, Cr, Cu, Ni, MoTi1-xVxTi-V-MM - Fe, Co, Ni, AlTi1-xZrxV2-y-zM'yM''zβ-сплавыTiM, Ti2M, Ti3MВысокотемпературныесплавы для храненияводородаПриведенная схема демонстрирует направления развития работы в области разработкиматериалов-абсорбентов водорода от бинарных гидридов к многокомпонентнымгидридам сплавов и ИМС, в основу которой было положено изучение зависимостисостав металлической матрицы - свойство гидрида.При решении задач практического использования гидридов ИМС необходимоизучениеизотермсостав-давление(отображающиефактическипростейшуюдиаграмму состояния "состав-свойство" в системах металл-водород) и зависимостипараметров плато от изменения температуры и состава металлической матрицы.Общий вид наиболее простой фазовой диаграммы "состав-свойство" для систем ИМСН2 показан на рис.1:TcPH2αα+βT2βT1Н/ИМСРис.1 Изотермы десорбции (абсорбции) водорода в системе ИМС-Н2.Т2 > Т1, Тс - критическая температура9Для изотерм десорбции (абсорбции) водорода, представленных на рис.1, α- и βобласти соответствуют двухфазному равновесию Н2 - раствор водорода в ИМС и егогидриде.
Горизонтальная площадка - плато - описывает область трехфазногоравновесия Н2-α-β и характеризует переход α-раствора в β-гидрид. Зависимостьзначения давления (Р) в области плато от температуры описывают, как правило,уравнением:ln P = A - B/Tгде А и В эмпирические коэффициенты, по которым в узком интервале температуррассчитывают значения энтальпии и энтропии реакции (A=ΔS/R; B=ΔH/R).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
