References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

alternative-379

Research Article

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

HYDROGEN ECONOMY

Индуцированные водородом диффузионные фазовые превращения в интерметаллических сплавах гидридообразующих и негидридообразующих металлов

Hydrogen-induced diffusive phase transformations in intermetallic alloys of hydride-forming and nonhydride-forming metals

Гольцов

В. Л.

Goltsov

V. A.

noemail@neicon.ru

Рыбалка

Сергей Борисович

Rybalka

S. B.

sbrybalka@yandex.ru

Васильев

Анатолий Георгиевич

Vasil’Ev

A. G.

noemail@neicon.ru

Донецкий национальный технический университетРоссияDonetsk National Technical UniversityRussian Federation

2014

22062016

01175197

2016

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/379

Разработаны физические и кинетические основы индуцированных водородом диффузионных фазовых (ИВДФ) превращений в сплавах типа Nd2Fe14B, TbFe2 и DyFe2, лежащих в основе новых водородных технологий. Обсуждены физические закономерности этих превращений: их наиболее общие механизмы, типы изотермических кинетических диаграмм, характерных для прямых и обратных ИВДФ-превращений, закономерности влияния температуры и давления водорода на их кинетику. Впервые показано, что водород является не только необходимым термодинамическим условием, но и важнейшим кинетическим фактором, что определяет основные особенности ИВДФ-превращений.

Physical and kinetic fundamentals of direct and reverse hydrogen-induced diffusive phase (HIDP) transformations in alloys of Nd2Fe14B, TbFe2 and DyFe2 type, being the basis of new hydrogen technologies are developed. General regularities of these transformations: their most general mechanism, types of isothermal kinetics diagrams characteristic of both direct and reverse HIDP transformations, mechanism of temperature and hydrogen pressure influence on their kinetics are discussed. For the first time, it is established that hydrogen is not only a necessary thermodynamic condition, but the most important kinetic factor characterizing general features of HIDP transformations.

фазовые превращенияинтерметаллидыводородphase transformationsintermetallicshydrogen

References1

Goltsov V.A. History, ideology, and prospects of the hydrogen treatment of materials - opening address // Int. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. No. 2-3. P. 115119.

Proceedings of the selected papers of the 2nd Int. Conf. on Hydrogen Treatment of Materials. Donetsk, Ukraine. 1998 // Int. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. No. 9. P. 791-942.

Goltsov V.A. Hydorgen treatment (processing) of materials: current status and prospects // J. Alloys & Compd. 1999. Vol. 293-295. P. 844-857.

Takeshita T., Nakayma R. Magnetic properties and micro-structure of the Nd-Fe-B magnetic powders produced by hydrogen treatment // Proc. of the 10th International Workshop on Rare-Earth Magnets and their Applications. Kyоto, Japan. 1989. P. 551 -562.

Takeshita T., Nakayma R., Ogawa T. Rare earth permanent magnet powder, method for producing same and bonded magnet, Europian Patent EP 0304054. 1988.

McGuiness P.J., Zhang X.J., Yin X.J., Harris I.R. Hydrogenation, disproportionation and desorption (HDD): An effective processing route for Nd-Fe-B-type magnets // J. Less-Comm. Met. 1990. Vol. 158. P. 359

Harris I.R., McGuiness P.J. Hydrogen: its use in the processing of NdFeB type magnets and in the characterization of NdFeB type alloys and magnets // Proc. of the 11th International Workshop on Rare-Earth Magnets and their Applications, Pittsburhg, PA. 1990. P. 29-48.

Fruchart D., Miraglia S. et. al. Hydrogenated hard magnetic alloys from fundamental to applications // Proc. of the 12th International Workshop on Rare-Earth Magnets and their Applications. Birmingham, U.K. 1991. P. 511-516.

Takeshita T. Some applications of Hydrogenation-Decomposition-Desorption-Recombination (HDDR) and Hydrogen-Decrepitation (HD) in metals processing // J. Alloys Compd. 1995. Vol. 231. P. 51-59.

Fruchart D., Bacmann M. et. al. Hydrogen in hard magnetic materials // J. Alloys Compd. 1997. Vol. 253254. P. 121-127.

Ragg O.M., Keegan G. et. al. The HD and HDDR processes in the production of Nd-Fe-B permanent magnets // Int. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. No. 23. P. 333-342.

Белов К. П. Магнитострикционные явления. Материалы с гигантской магнитострикцией // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 3. С. 112-117.

Фридман Ю.А., Клевец Ф.Н., Войтенко А.П. Фазовые переходы по атериальным константам и температуре в интерметаллических соединениях типа терфенол-Д // Физика твердого тела. 2010. T. 52. Bbm. 7. С. 1316-1322.

Zaikov N.K., Mushnikov N.V., Gaviko V.S., Yermakov A.Ye. Effect of high-temperature hydrogen treatment on magnetic properties and structure of TbFe2-based compounds // Int. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. No. 2/3. P. 249-253.

Aoki K., Mory K., Onodera H., Masumoto T. Hydrogen induced amorphization of C15 Laves TbFe2 compounds // J. Alloys Compd. 1997. Vol. 253-254. P. 106-109.

Christian J.W. The Theory of the Phase Transformations in Metals and Alloys. Oxford: Pergamon Press. 2002.

Physical Metallurge. Ed. Cahn R.W. University of Sussex, England. Chapters VI-XII, XXII. Amsterdam: North-Holland publishing company. 1965.

Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F. Kinetics of the hydrogen-induced diffusive phase decomposition in industrial alloy of the Nd-Fe-B type // Int. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. P. 913-917.

Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F., Subbotin V.V. Kinetics of the hydrogen-induced direct diffusive phase transformation in industrial alloy of ,R2Fe14B type // Metal Physics and Advanced Technologies. 1999. Vol. 21. P. 22-25.

Гольцов В.А., Рыбалка С.Б., Волков A.Ф., Субботин В.В., Путилов Ю.Г. Влияние давления водорода на кинетику индуцированного водородом диффузионного фазового распада сплава типа R2Fe14B // Физика и техника высоких давлений. 1999. T. 9. № 1. С. 76-80.

Лившиц Б.Г. Физические свойства черных металлов и методы их испытаний. М.:ОНТИ. Глав. ред. лит-ры по черной металлургии. 1937.

Goltsov V.A., Vasiljev A.G., Vlasenko N.N., Fruchart D. Kinetics of hydrogen induced diffusion phase transformation in intermetallic compound TbFe2 // Int. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. No. 7-9. Р. 909-912.

Vasiljev A.G., Vlasenko N.N., Goltsov V.A., Fruchart D. Influence of hydrogen pressure on a diffusion phase decomposition of intermetallic compound TbFe2 // Metal Physics and Advanced Technologies. 1999. Vol. 21. P. 87-89.

Vasiljev A.G., Vlasenko N.N., Goltsov V.A., Fruchart D. Kinetics of hydrogen induced diffusion phase transformation in intermetallic compound DyTb2Fe6 // Functional Materials. 1999. Vol. 6. No. 2. P. 322-325.

Rybalka S.B., Goltsov V.A., Fruchart D. Isothermal kinetic diagrams of phase transformations in Nd15Fe77B8 intermetallic alloy upon hydrogen treatment. Noble and Rare Metals. // Proc. of the 3rd International Conference “NRM-2000”. Donetsk-Svyatogorsk, Ukraine. 2000. P. 394-396.

Goltsov V.A., Rybalka S.B., Fruchart D., Didus V.A. Kinetics and some general features of hydrogen- induced diffusive phase transformations in Nd2Fe14B type alloys // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya. Ltd. 2001. P. 367-390.

Rybalka S.B., Goltsov V.A., Didus V.A., and Fruchart D. Fundamentals of the HDDR treatment of Nd2Fe14B type alloys // J. Alloys Compd. 2003. Vol. 356357. P. 390-394.

Liesert S. Analise physico-chemique des parametres du developpement d'une microstructure coercitive et anisotrope dans des poudres pour aimants lies puissants par application du procede H.D.D.R. au neodyme-fer-bore: These de doctorat de physique. 1998. Grenoble.

Gutfliesch O., Harris I.R. Hydrogen assisted processing of rare-earth permanent magnets. Proc. of the 15th International Workshop on Rare-Earth Magnets and their Applications. Dresden, Germany. 1998. P. 487-506.

Васильев А.Г., Артеменко Ю.А., Гольцов В.А. Индуцированный водородом фазовый распад сплавов RFe2: кинетические особенности и модель явления. Труды V международной конференции «ВОМ-2007». Донецк. 2007. С. 591-596.

Goltsov V.A., Vasiljev A.G., Vlasenko N.N., Fruchart D. Kinetics of hydrogen-induced diffusion phase transformation in binary and pseudobinary intermetallic compound Tb1-xDyxFe2 // Int. J. Hydrogen Energy. 2002. Vol. 27. No. 7-8. Р. 765-767.

Власенко Н.Н., Васильев А.Г. Индуцированный водородом фазовый распад интерметаллида TbFe2 // Физика и техника высоких давлений. 2004. T. 12. № 2. С. 102-107.

Васильев А.Г. Влияние температуры на скорость фазового распада интерметаллида типа терфенол-Д // Вісник ДонНУ. Сер.А: Природничі науки. 2011. № 2. С. 71-74.

Progress in Hydrogen Treatment of Materials. Ed. Goltsov V.A. Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya. Ltd. 2001.

Rybalka S.B., Didus V.A., Volkov A.F., Goltsov V.A. Effect of hydrogen pressure on kinetics of hydrogen-induced direct and reverse phase transformation in ^2Fe14B type alloy. Proc. I Int. Conf. "I Uralian school and seminar of young metal scientists". Yekaterinburg, Russia. 1999. P. 42-44.

Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F., Putilov Yu.G., Didus V.A. Effect of hydrogen pressure on the kinetics of the hydrogen-induced diffusional phase transformation in an R2Fe14B alloy // The Physics of Metals and Metallography. 2000. Vol. 89. No. 4. P. 363 366.

Didus V.A., Rybalka S.B., Dodonova E.V., Goltsov V.A. The effect of hydrogen pressure and temperature on kinetics of hydrogen-induced direct phase transformation in Nd15Fe77B8 hard magnetic alloy // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 401-406. P. 351-354.

Book D., Harris I.R. Hydrogen absorption/desorption and HDDR studies on Nd16Fe76B8 and Nd11.8Fe82.3B5.9 // J. Alloys Compd. 1995. Vol. 221. P. 187-192.

Kubis M., Muller K.-H., Schultz L. Hydrogenation and disproportionation of Sm2Fe17-xGax at high hydrogen pressures // J. Appl. Phys. 1998. Vol. 83. No. 11. P. 6905-6907.

Васильев A.r., Власенко Н.Н., Гольцов В.А., Фрушар Д. Влияние давления водорода на кинетику диффузионного фазового распада сплава TbFe2 // Металлофизика и новейшие технологии. 1999. Т. 21. № 11. С. 87-89.

Васильев А.Г. Влияние давления водорода на скорость фазового распада интерметаллида типа терфенол-Д // Физика и техника высоких давлений. 2011. T. 21. № 3. С. 119-125.

Physical Metallurgy. Eds. Cahn R.W., Haasen P. Amsterdam-New York: North-Holland. 1996.

Baker H. et al. ASM Handbook. Vol. 3: Alloy Phase Diagrams. Materials Park, OH: ASM Int., 1992.

Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. Термодинамика и общая кинетическая теория. М.: Мир. 1978.

Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращений аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник термиста. М.: Металлургия. 1991.

Sugimoto S., Nakamura H. et al. Effect of the disproportionation and recombination stages of the HDDR process on the inducement of the anisotropy in Nd-Fe-B magnets // J. Alloys Compd. 1999. Vol. 293295. P. 862-867.

Грузин П.Л., Корнев Ю.В., Курдюмов Г.В. Влияние углерода на самодиффузию железа // ДАН СССР. 1951. T. 80. C. 49-51.

Кривоглаз M.A., Смирнов A.A. О влиянии внедренных атомов на самодиффузию металла // ДАН СССР. 1954. T. 96. C. 495-498.

Кривоглаз M.A., Смирнов A.A. Влияние примеси внедренных атомов на распад сплавов // Журнал физической химии. 1955. T. 29. C. 1532-1534.

Смирнов A.A. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М.: Наука. 1966.

Похмурський В.І., Федоров В.В. Вплив водню на дифузійні процеси в металах. Львів: ФМІ НАНУ. 1998.

Fukai Y. Formation of the superabundant vacancies in metal hydrides at high temperatures // J. Alloys Compd. 1995. Vol. 231. P. 35-40.

Смирнов А.А. Теория вакансий в сплавах внедрения // Украинский физический журнал. 1992. Т. 37. № 8. С. 1188-1212.

Bugaev V.M., Tatarenko V.A., Tsynman C.L., Yanchitskii B.Z. et al. Impurity-induced host-lattice vacancies in metals and interstitial alloys // Int. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. No. 2-3. P. 135-140.

Thompson P., Gutfleisch O., Chapman J.N., Harris I.R. A comparison of the micromagnetic and microstructural properties of four NdFeB-type materials processed by the HDDR route // J. Magn. Magn. Mat. 1999. Vol. 202. No. 1. P. 53-61.

McGuiness P.J., Kobe S., Śkulj I. Adapting the HDDR process and NdFeB-based permanent-magnet alloys for factory production // Materiali in Tehnologije. 2001. Vol. 35. No. 5. P. 231-236.

Liu M., Han B.P., Han G.B., Gao R.W. Anisotropic HDDR-treated Nd2Fe14B-type powder // Science China Physics: Mechanics and Astronomy. 2010. Vol. 53. No. 9. P. 1590-1593.

Okada M., Saito K., Nakamura H. et al. Microstructural evolutions during HDDR phenomena in Sm2Fe17Nx compounds // J. Alloys Compd. 1995. Vol. 231. P. 60-65.

Rybalka S.B. Effect of hydrogen pressure on growth kinetics of Nd2Fe14B phase during hydrogen-induced reverse phase transformation in Nd2Fe14B type hard magnetic alloy // Letters on Materials. 2011. Vol. 1. No. 2. P. 96-101.

Goltsov V.A., Rybalka S.B., Volkov A.F., Subbotin V.V., Putilov Yu.G. Kinetics of hydrogen-induced forward and reverse diffusional phase transformations in an R2Fe14B hard magnetic alloy // The Physics of Metals and Metallography. 1999. Vol. 87. No. 3. P. 543-546.

Rybalka S.B. Growth kinetics of Nd2Fe14B phase during hydrogen-induced reverse phase transformation in Nd2Fe14B type nanocrystalline magnetic alloy // Materials Sciences and Applications. 2011. Vol. 2. No. 8. P. 1109-1115.

Гельд П.П., Рябов Р.А. Водород в металлах. М.: Металлургия. 1974.

Бокштейн Б.С., Бокшетейн С.З., Жуховицкий А. А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. М.: Металлургия. 1974.

Rybalka S.B., Dodonova E.V., Didus V.A. Some kinetic and microstructural aspects during hydrogen-induced phase transformations in Nd2Fe14B alloys // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 401-406. P. 588-594.

Rybalka S.B. Nanocrystalline micro structure formation during hydrogen-induced phase transformations in Nd2Fe14B hard magnetic alloy // Letters on Materials. 2012. Vol. 2. No. 1. P. 49-53.

Nakayama R., Takeshita T., Itakura M. et al. Microstructure and crystallographic orientation of crystalline grains in anisotropic Nd-Fe-Co-B-(Ga or Zr) magnet powders produced by the hydrogenation-decomposition-desorption-recombination process // J. Appl. Phys. 1994. Vol. 76. No. 1. P. 412-417.

McGuiness P. J., Zhang X.J. Harris I. R. The production of high coercivity cast magnets using the HDD process // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 69. No. 8. P. 5838-5840.

Estevez E., Fidler J., Short C., Harris I.R. Microstructural study of hot pressed HDDR Nd-Fe-B magnets // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. Vol. 29. P. 951956.

McGuiness P.J., Zhang X.J., Knoch K.G., Yin X.J., Wyborn M.J., Harris I.R. HDDR hot-pressed magnets: magnetic properties and microstructure // J. Magn. Magn. Mater. 1992. Vol. 104-107. P. 1169-1170.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.