ГИБРИДНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ФОРМИРУЮЩИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ С ОПТИМАЛЬНОЙ ДЕФЕКТНОСТЬЮ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА В ГИДРИДНОЙ ФОРМЕ

В данной статье исследовались образцы композитов Ni-B и Ni-In в форме плёнок, синтезированные электрохимическим методом и обладающие повышенной степенью дефектности. Продемонстрированы электро-химические процессы их получения, в которых приведены экспериментальные данные о влиянии легирующих добавок бора и индия на водородную проницаемость синтезированных электрохимических комплексов на основе никеля Nix-By-Hz и Nix-Iny-Hz. Показано, что путём создания ловушек (структурных, примесных) для водорода за счёт введения дополнительных элементов в структуру металла или изменения структуры (интерметаллиды), а также с помощью других методов можно изменить водородную растворимость металла в большую или меньшую сторону в зависимости от технических требований. Образцы Ni-B были получены в сульфаматном электролите никелирования с применением бор-соединений класса высших полиэдрических боратов Na2B10H10. Установлено, что использование нанообразующих добавок бора обеспечивает измеренное содержание водорода в образцах Nix-By-Hz порядка 600 см3/100 г. Никель-индиевые композиты были получены электролитическим осаждением на подложки из меди с составом электролита: NiSO4 · 7H2O = 140 г/л; Na2SO4 · 10H2O = 20 г/л; и In2(SO4)3, концентрация которого изменялась от 1 г/л до 12 г/л. Варьирование количества In2(SO4)3 обеспечивало получение композитов Ni–In с различным соотношением компонентов. Полученные данные позволили выбрать оптимальный режим нанесения гальванических покрытий Ni-In в электролите In2(SO4)3. Для определения влияния каждого из параметров электроосаждения на свойства образцов варьировался только один параметр: либо плотность катодного тока, либо концентрация индия в электролите. Синтезированы и исследованы образцы разных концентраций In. Определен их фазовый состав. Рентгенофазовый анализ выявил в композитах Ni-In, синтезированных из электролитов с концентрацией In2(SO4)3 более 2 г/л, фазу, соответствующую интерметаллиду η-In27Ni10. Впервые в практике изучения сорбции электрохимические композиты Nix-Iny, включая последующую термодесорбцию водорода, исследовались с помощью имплантации дейтерия в образцы. Демонстрировались спектры термодесорбции дейтерия из композитов Ni70In30Dx, позволившие выделить температурные диапазоны десорбции ионно-имплантированного дейтерия в зависимости от дозы имплантации. Подтвержд ено, что получен композит Ni70In30, способный удерживать допированный дейтерий (водород). Показ ано, что допустимо получение образцов композита Nix-Iny-Dz с содержанием дейтерия до 2 ат. D/ат. Мет, что соответствует 5,3 мас. % (для композитов данного состава).

1. Кузнецов, В.В. Наводораживание металлов в электролитах / В.В. Кузнецов, Г.В. Халдеев, В.И. Кичигин – М.: Изд-во «Машиностроение», 1993. – 244 с.

2. Белоглазов, С.М. Наводороживание стали при электрохимических процессах / С.М. Белоглазов. – Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1975. – 412 с.

3. Водород в металлах. Прикладные аспекты / Под ред. Г. Амфельда и И. Фёлькля. – М.: Изд-во «Мир», 1981. – Т. 2. – 430 с.

4. Новик, А. Релаксационные явления в кристаллах: пер. с англ. / А. Новик, Б. Берри. Под ред. Э.М. Надгородного, Я.М. Сойфера. – М.: Атомиздат, 1975. – 472 с.

5. Фрумкин, А.Н. Электродные процессы. Избранные труды / А.Н. Фрумкин. – М.: Изд-во «Наука», 1987. – 336 с.

6. Грилихес, С.Я. Электролитические и химические покрытия: Теория и практика / С.Я. Грилихес, К.Н. Тихонов. – Л.: Химия, 1990. – 288 с.

7. Власов, Н.М. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов: монография / Н.М. Власов, А.В. Звягинцева. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «ВГТУ», 2012. – 248 с.

8. Звягинцева, А.В. Кинетика процессов электрохимического наводороживания металлов в присутствии бора [Текст] / А.В. Звягинцева, А.Л. Гусев, Ю.Н. Шалимов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2009. – № 4 (72). – С. 20–27.

9. Progress in Hydrogen Treatment of Materials (Progress v vodorodnoj obrabotke materialov) / Ed. By V.A. Goltsov. – Donetsk-Coral Gables: Kassiopeya Ltd., 2001. – 543 р. (in Eng.).

10. Звягинцева, А.В. Взаимосвязь структуры и свойств гальванических никелевых покрытий, легированных бором, в изделиях электронной техники [Текст] / А.В. Звягинцева // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2007. – Т. XV. – № 1. – С. 16– 22.

11. Левич, В.Г. Физико-химическая гидродинамика. – М.: Изд-во АН СССР, 1952. – 538 с.

12. Харнед, Г. Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов: пер. с англ. / Г. Харнед, Б. Оуэн. – М.: Изд-во «Иностранной литературы», 1952. – 628 с.

13. Франк-Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк Каменецкий. – М.: Изд-во «Наука», 1987. – 502 с.

14. Антонова, М.М. Свойства гидридов металлов: Справочник / М.М. Антонова. – Киев: Наук. думка, 1975. – 252 с.

15. Жигач А.Ф., Стасиневич Д.С. Химия гидридов / А.Ф. Жигач, Д.С. Стасиневич. – Л.: Химия, 1969. – 280 с.

16. Полукаров, Ю.М. Электроосаждение никеля в условиях совместного действия переменного и постоянного токов [Текст] / Ю.М. Полукаров, В.В. Гришина, С.Б. Антонян // Электрохимия. – 1980. – Т. 16. – Вып. 3. – С. 423–427.

17. Звягинцева, А.В. Влияние бора на наводороживание никелевых плёнок [Текст] / А.В. Звягинцева // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2006. – № 5.– С. 85–87.

18. Звягинцева, А.В. Зависимость процессов взаимодействия металлов с водородом от структуры электрохимических систем [Текст] / Звягинцева А.В. // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». – 2013. – Т. 26 (65). – № 4. – С. 259–269.

19. Звягинцева, А.В. Температурные интервалы десорбции дейтерия из Ni–In композитов [Текст] / А.В. Звягинцева, А.Н. Морозов, И.М. Кирьян // Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM´14. Сборник докладов Пятой Международной конференции и Девятой Международной школы молодых ученых и специалистов им. А.А. Курдюмова / Под ред. д-ра техн. наук А.А. Юхимчука. Саров: ФГУП «РФЯЦ–ВНИИЭФ», 2015. – С. 106–119.

20. Zvyagintseva, A.V. Interaction peculiarities of hydrogen and Ni-B galvanic alloys [Text] /A.V. Zvyagintseva // Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems. – Springer, 2008. – P. 437 – 442.

21. Звягинцева, А.В. Способность материалов на основе никеля наноразмерного диапазона к аккумулированию водорода [Текст] / А.В. Звягинцева // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 21. – С. 150–155.

22. Судзуки, К. Аморфные металлы: монография / К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.

23. Звягинцева А.В., Голодяев А.И. Пат. № 2529339 РФ МПК 51, B22D 27/02, C22F 3/02. Способ получения сплава с нарушенной структурой для аккумуляторов водорода. 27.09.2014; бюл. № 27; – 4 с.

24. . Звягинцева А.В. Аккумулятор водорода. Пат. № 2521904 РФ МПК51, F17C 11/00.; 10.07. 2014; бюл. № 19; –5 с.

25. Zvyagintseva A.V. On the Stability of Defects in the Structure of Electrochemical Coatings (Ob ustojchivosti defektov v structure elektrohimicheskih pokrytij) [Text] /A.V. Zvyagintseva, Yu.N. Shalimov // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2014. – Vol. 50. – No. 6. – P. 466–477.

26. Звягинцева, А.В. Электроосаждение покрытий никель – индий из сульфатно-хлоридного электролита [Текст] / А.В. Звягинцева, А.И. Фаличева // Гальванотехника и обработка поверхности. – 1994. – Т. 3, – № 5–6. – С. 47–51.

27. Звягинцева, А.В. Физико-механические и коррозионно-электромеханические свойства никелевых покрытий, легированных индием [Текст] / А.В. Звягинцева, А.И. Фаличева // Гальванотехника и обработка поверхности. – 1994. – Т. 3. – №5–6. – С. 52–54.

28. Звягинцева, А.В. Структурно-фазовые изменения в электрохимических системах Ni-In [Текст] / А.В. Звягинцева // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». – 2013. – Т. 26 (65). – № 3. – С. 253–260.

29. Семененко, К.Н. О взаимодействии водорода с интерметаллическими соединениями [Текст] / К.Н. Семененко, В.В. Бурнашева, В.Н. Вербецкий // ДАН. – 1983. – Т. 270. – № 6. – С. 1404–1408.

30. Вол, А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем / А.Е. Вол. – М.: Изд-во «Наука», 1959. – 755 с.

31. Рохлин Л.Л., Банных О.А., Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Л.Л. Рохлин, О.А. Банных, Н.П. Лякишев. – М.: Из-во «Машиностроение», 2000. – В 3 тт: Т. 3: Кн. 2. – 448 с.