ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ ГИДРИДА ТИТАНА
https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.010
Аннотация
Обзор посвящен ретроспективному анализу публикаций по исследованию термической диссоциации гидрида титана. Рассмотрены данные, полученные с использованием различных методик исследования: измерение кинетики выхода водорода в потоке нейтрального газа, дегазация в замкнутом объеме, дифференциальный термический анализ, дифференциальная калориметрия, термогравитационный анализ, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ и др. Обращено внимание на значительное расхождение в данных различных исследований, в том числе и проведенных с одинаковыми методиками. Предложена своя трактовка последовательности процессов, происходящих при термической диссоциации гидрида титана. Она предполагает три стадии этого процесса, завершающим этапом которых является образование твердого раствора водорода в титане как необходимого условия для выхода водорода из гидридных гранул.
Об авторах
Л. В. Спивак
Пермский государственный национальный исследовательский университет 614990 Пермь, ул. Букирева, д. 15
Россия
Россия
д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры физики твердого тела ПГНИУ, академик РАЕН, Засл. работник высшей школы
Н. Е. Щепина
Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета 614990 Пермь, ул. Генкеля, д. 4
Россия
Россия
д-р хим. наук, профессор, старший научный сотрудник, зав. научно-исследовательской лабораторией радиохимии
Список литературы
1. Зырянов Г.Г., Могутнов Б.М., Шварцман Л.А. Кинетика термической диссоциации гидридов переходных металлов // Доклады АН СССР. 1973. Т. 208, № 4. С. 888-891.
2. Соловецкий Ю.И., Чернявский П.А., Лунин В.В. Кинетика выделения водорода из гидридов на основе титана и циркония // ЖФХ. 1982. Т. 56, Вып. 7. С. 1634-1638.
3. Lindler D. L. Mechanism for isothermal decomposition of iron titanium hydride // Inorganic Chemistry. 1978. Vol. 12, No. 12. P. 3721-3722.
4. Лунин В.В., Соловецкий Ю.И. Общие закономерности кинетики термического разложения гидридов переходных металлов // ЖФХ. 1985. Т. 59, № 9. С. 2113-2123.
5. Fokin V.N., Fokina E.E., Tarasov B.P., Shilkin S.P. Synthesis of the tetragonal titanium dihydride in the ultradispersed state // International Journal of Hydrogen Energy. 1999. V. P. 24 111-114.
6. Trefilov V.I., Timofeeva I.I., Klochenkov I.I., Klochenkov I.A., Morozov I.A., Morozova R.A. Effects of temperature change and hydrogen content on titanium hydride crystal lattice // International Journal Hydrogen Energy. 1996. Vol. 21. P. 1101-1103.
7. Schur D.V., Zaginaichenko S.Y., Adejeve V.M., Voitovich V.B., Lyashenko A.A., Trefilov V.I. Phase transformations in titanium hydrides // International Journal of Hydrogen Energy. 1996. Vol. 21. P. 1121-1124.
8. Donghui Y, Deping H., Shangrun Y. Thermal decomposition kinetics of titanium hydride and alloy melt foaming process // Science in China. Ser. B Chemistry. 2004. Vol. 47, No. 6. P. 512 520.
9. Shangrun Yang. Theoretical analysis of TPD spectrogram of first order desorption kinetics // Chinese Journal of Catalysis (in Chinese). 1983. Vol. 4, No. 1. P. 57-65.
10. Shangrun Yang. Theoretical analysis of TPD spectrogram of second order desorption kinetics // Chinese Journal of Catalysis (in Chinese). 1985. Vol. 6, No. 2. P. 179-182.
11. Shangrun Yang. Relationship between peak height, peak temperature and activation energy of desorption in TPD spectrum of first order desorption kinetics // Acta Physico-Chimica Sinica (in Chinese). 1987. Vol. 3, No. 3. P. 313-320.
12. Shangrun Yang, Weixing Xu, Xiancai Fu. Peak temperature correction in the TPD research // Chinese Journal of Catalysis (in Chinese). 1988. Vol. 9, No. 1. P. 92-95.
13. Malinowski M.E. Thermal decomposition of titanium deuteride thin films // Journal of the Less-Common Metals. 1983. Vol. 89, No. 1. P. 27-35. International symposium on the properties and applications of metal hydrides; Toba (Japan); 30 May – 4 Jun 1982.
14. Hirooka Y. Thermal decomposition of titanium hydride and its application to low pressure hydrogen control // Vac. J. Sci. Technol. A. 1984. Vol. 2, No 1. P. 16-21.
15. Zeppelin F., Hirscher M., Stanzick H., Banhart J. Desorption of hydrogen from blowing agent used for foaming metals // Composites Science and Technology. 2003. Vol. 63. P. 2293-2300.
16. Fromm E. Kinetics of gas-metal interactions at low temperatures. Berlin: Springer, 1998.
17. Mizuno Y., King F.K., Yamauchi Y., Homma T., Tanaka A., Takakuwa Y., Momose T. Temperature dependence of oxide decomposition on titanium surfaces in ultrahigh vacuum // J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. Vol. 20. P. 1716-1721.
18. Rasooll A., Shanverdi H.R., Divandari M., Boutorabi M.A. Study of thermal decomposition kinetic of titanium hydride powder (TiH2) at high temperatures // Journal of technical engineering. 2008. Vol. 2, No. 1. P. 1-12.
19. Chen Y., Williams J.S. Formation of metal hydrides by mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. 1995. Vol. 217, No. 2. P. 181-184.
20. Лавренко В.А., Шемет В.Ж., Долуханян С.К., Калиниченко А.М., Франтезевич И.Н. Термическое разложение гидрида титана в аргоне // ДАН. 1982. T. 262, № 1. C. 136-139.
21. Трефилов В.И., Лавренко В.А., Момот Г.Г., Шемет В.Ж., Морозова Р.А. Термическое разложение и особенности взаимодействия с гелием гидрида титана с различным содержанием водорода // ДАН СССР. Т. 293, № 2. 1987. С. 403 405.
22. Немошкаленко В.В., Трефилов В.И., Пинчук В.М., Гравит Э.В., Кривицкий В.П., Морозова Р.А. Взаимодействие гелия с гидридом титана // Металлофизика. 1985. T. 7, № 1. C. 99-101.
23. Gergely V., Clyne T.W. The FORMGRIP Process: Foaming of Reinforced Metals by Gas Release in Precursors //Adv. Engn. Mat. 2000. Vol. 2. P. 168-174.
24. Kresse R. In: Banhart J., Ashby M.F, Fleck N.A, editors. Metal Foams and porous metal structures. Bremen: MIT-Verlag, 1999. P. 109-112.
25. Bhosle V., Baburaj E.G., Miranova M., Salama K. Dehydrogenation of TiH2 // Materials and Engineering. 2003. A356. P. 190-199.
26. Zhang H., Kisi E.H. Formation of titanium hydrideat room temperature by ball milling // Journal of Physics– Condensed Matter. 1997. Vol. 9. P. 185-190.
27. Padurets L.N., Shilov A.L. Limiting composition and thermal-decomposition of titanium hydride // Russ. J. Inorg. Chem. 1997. Vol. 42, No. 8. P. 1258-1262.
28. Shilov A.L, Padurets L.N., Dobrokhotova Z.V., Skripov A.V, Belyaev M.Y. On the mechanism of the order-disorder transformation in HFV2H4-XDX // Zurnal neorganiceskoj himii. 1997. V. 42, No. 4. P. 529-533.
29. Shilov A.L, Dobrokhotova Z.V., Padurets L.N. Transformations of titanium dihydride // Russ. J. Inorg. Chem. 2000. Vol. 45, No. 8. P. 1160-1163.
30. Padurets L.N., Dobrokhotova Z.V., Shilov A.L. Transformations in titanium dihydride phase // Int. J. of Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24, No. 2-3. P. 153-156.
31. Hugo Ricardo Zschommler Sandim, Bruno Vieira Morante, Paulo Atsushi Suzuki. Kinetics of Thermal Decomposition of titanium hydride powder using in situ high-temperature X-ray diffraction (HTXRD) // Materials Research. 2005. Vol. 8, No. 3. P. 293-297.
32. Gao S.J, Huang L.J. Hydrogen absorption and desorption by Ti, Ti-5Cr and Ti-5Ni alloys // Journal of Alloys and Compounds. 1999. Vol. 293-295. P. 412-416.
33. Martin M., Gommel C., Bokhart C., Fromm E. Absorption and desorption kinetics of hydrogen storage alloys // Journal of Alloys and Compounds. 1996. Vol. 238, No. 1-2. P. 193-201.
34. Filimonov I.N., Yuschenko V.V., Smirnov A.V., Nesterenko S.N., Dobryakova I.V., Ivanova I.I., Lubnin E.N., Galperin L., Jensen R.H. Deactivation of titanium during temperature-induced hydrogen absorption– desorption cycling: I. Effects of water, oxygen and nitrogen traces // Journal of Alloys and Compounds. 2005. Vol. 390, No. 1-2. P. 144-154.
35. Takasaki A., Furuya Y., Ojima K., Taneda Y. Hydride dissociation and hydrogen evolution behavior of electrochemically charged pure titanium // Journal of Alloys and Compounds. 1995. Vol. 224, No. 2. P. 269-273.
36. Metijasevic-Lux B., Banhart J., Fiechter S. Görke O., Wanderka N. Modification of titanium hydride for improved aluminum foam manufacture // Acta Materialia. 2006. Vol. 54. P. 1887–1900.
37. Baumgartner F., Duarte I., Banhart J. Industrialization of P/M foaming process // Adv. Eng. Mater. 2000. Vol. 2. P. 168-174.
38. Gromov A.R, Kouznetsova N.N., Yudina S.L., Lunin V.V. The Investigation of titanium hydride oxidation process // J. Alloys Compd. 1997. Vol. 261. P. 2690272.
39. Kennedy A.R., Lopez V.H. The decomposition behaviour of as-Received and oxidized TiH2 foaming agent powder // Mater Sci Eng. 2003. A357. P. 258-263.
40. Lehmhus D., Rausch G. Tailoring titanium hydride decomposition Kinetic by annealing in various atmospheres // Adv. Eng. Mater. 2004. Vol. 6. P. 313-330.
41. Stepura G., Rosenband V., Gany A. Investigation of high temperature self-propagating combustion synthesis of titanium hydride // Third European Combustion Meeting; ECM. 2007. China: Crete, Greece. 2007. P. 1-6.
42. Долуханян С.К., Алексанян А.Г., Тер-Галастян О.П. и др. Особенности формирования сплавов и их гидридов в системе Ti-Zr-H // Химическая физика. 2007. Т. 26, № 11. С. 36-41.
43. Rasooll A., Boutorabi M.A., Divandari M. The effect of high heating rate on the thermal decomposition behavior of titanium hydride (TiH) powder in air // Bull. Mater. Sci. Vol. 36, No. 2. April 2013. P. 301-309.
44. Prashanth K.G. Influence of mechanical activation on decomposition of Titanium Hydride // Materials and Manufacturing Processes. 2010. Vol. 25, No. 9. P. 974-977.
45. Shuilin Wu, Xiangmei Liu, K.W.K. Yeung, Tao Hu, Zushun Xu, Jonathan C.Y. Chung, Paul K. Chu. Hydrogen release from titanium hydride in foaming of orthopedic NiTi scaffolds // Acta Biomaterialia. 2011. Vol. 7. P. 1387-1397.
46. Malachevsky M.T., D’Ovidio C.A. Thermal evolution of titanium hydride optimized for aluminium foam fabrication // Scripta Mater. 2009. Vol. 61. P. 1-4.
47. Yang D.H., Hur B.Y., He D.P., Yang S.R. Effect of decomposition properties of titanium hydride on the foaming process and pore structures of alloy melt foam // Mater Sci Eng A Struct Mater Prop Microstruct Process. 2007. Vol. 445. P. 415-426.
48. Tsuchiya B., Teshigawara M., Nagata S., Konashi K., Yasuda R., Nishino Y., Nakagawa T., Yamawaki M. Hydrogen analyses of titanium hydride by ERD and NRG methods, Nuclear Ins. and Meth. // Phy. Res. 2002. 190 B. P. 699-703.
49. Bobet J.L., Even C., Quenisset J.M. On the production of ultra-fine titanium hydride powder at room temperature // J. of Alloys and Comp. 2003. Vol. 348. P. 247-251.
50. Setoyama D., Matsunaga J., Ito M., Muta H., Kurosaki K., Uno M., Yamanaka S. Thermal properties of titanium hydrides // J. of Nucl. Mater. 2005. Vol. 344. P. 298-300.
51. Bliznakov S., Lefterov E., Bozukov L., Popov A., Andreev P. Techniques for characterizations of hydrogen absobtion/desorbtion in metal hydride alloys / Proc. of the Int. Workshop “Advanced Techniques for Energy Sources Investigation and Testing”, 2004; Sofia, Bulgaria, 4-9 Sept.
52. Yang D.H., Hur B.Y. The relationship between thermal decomposition properties of titanium hydride and the Al alloy melt foaming process // Mater. Lett. 2006. Vol. 60. P. 3635-3641.
53. Kennedy A.R. The effect of TiH2 heat treatment on the gas release and foaming in Al-TiH2 performs // Scripta Materiala. 2002. Vol. 47. P 763-767.
54. Matijasevic-Lux B., Fiechter S., Zizak I., Gorke O., Wanderka N., Schubert-Bischoff P., Banhart J. Decomposition behavior of as-received and oxidized TiH2 powder / Powder Metallurgy World Congress, Viienna: European Powder Metallurgy Associati. 2004.
55. Tsuchiya B., Nagata S., Ohtsu N., Toh K., Shikama T. Thermal desorption of hydrogen at the titanium hydride-oxide interface // The Japan Institute of Metals. 2005. Vol. 46. P. 196-198.
56. Спивак Л.В., Куликова М.А. Калориметрические эффекты при термической деструкции гидрида титана // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2011. № 6. С. 25-31.
57. Спивак Л.В., Щепина Н.Е., Куликова М.А. Влияние среды нагрева на термическую декомпозицию гидрида титана // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2014. № 16. С. 35-38.
58. Kisinger H.E. Reaction kinetics in differential thermal analysis // Analytical Chemistry. 1957. Vol. 29. P. 1702-1706.
59. Андриевский Р.А. Материаловедение гидридов. М.: Металлургия, 1986.
60. Маккей К. Водородные соединения металлов. М.: Мир, 1968.
61. Бережко П.Г., Тарасова А.И., Кузнецов А.А. Анфилов И.В., Кремзуков И.К., Лещинская А.Г. Гидрирование титана и циркония и термическое разложение их гидридов // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2006. № 11. С. 47-56.
62. Водород в металлах / Под ред. Г. Алефельда, И. Фелькля. М.: Мир, 1981. Т. 1.
63. Спивак Л.В. Калориметрические эффекты при нагреве сплавов системы Pd-H // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2010. № 7. С. 103-110.
Рецензия
Для цитирования:
Спивак Л.В., Щепина Н.Е. ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕКОМПОЗИЦИЯ ГИДРИДА ТИТАНА. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015;(21):84-99. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.010
For citation:
Spivak L.V., Shchepina N.E. THERMAL DECOMPOSITION OF TITANIUM HYDRIDE. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2015;(21):84-99. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.010
Просмотров:
1146
Послать статью по эл. почте 