Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Диффузия и диффузионные явления в водородной подсистеме сплавов металл-водород

Полный текст:

Аннотация

Статья является обзором теоретических идей и экспериментальных результатов в области диффузионных явлений в водородной подсистеме систем металл-водород. Изложены современные представления о диффузии как физическом явлении. Представлены результаты, являющиеся следствием эффекта заполнения междоузлий, и результаты, связанные с взаимодействием атомов водорода в кристаллической решетке металла-растворителя. Представлена диффузионная теория возникновения и эволюции водородных концентрационных неоднородностей. Приведены наиболее важные результаты, следующие из уравнений коллективной динамики водородной и металлической подсистем.

Об авторах

Леонид Иванович Смирнов
Европейский университет, Донецкий филиал
Россия


В. А. Гольцов
Донецкий национальный технический университет
Россия


Список литературы

1. Смителлс К. Газы и металлы. М., Л.: Металлургиздат. 1940.

2. Бэррер Р. Диффузия в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит. 1948.

3. Гельд П.В., Рябов Р.А. Водород в металлах и сплавах. М.: Металлургия. 1974.

4. Гольцов В. А. Водород в металлах // Атомноводородная энергетика и технология. М.: Атомиздат. 1978.

5. Соменков В.А., Шильштейн С.Ш. Фазовые превращения водорода в металлах (Обзор). М.: ИАЭ им. И.В. Курчатова. 1978.

6. Водород в металлах. Под ред. Г. Алефельда и И. Фелькля. М.: Мир. 1981.

7. Взаимодействие водорода с металлами. Под ред. А.П. Захарова. М.: Наука. 1987.

8. Максимов Е.Г., Панкратов О.А. Водород в металлах // Усп. физ. наук. 1975. Т. 116. Вып. 3. С. 385-412.

9. Hempelmann R. Diffusion of hydrogen in metals // J. Less-Common Metals. 1984. Vol. 101. P. 69-96.

10. Fukai Y., Sugimoto H. Diffusion of hydrogen in metals // Advances in Physics. 1985. Vol. 34. No. 2. P. 263-326.

11. Гольцов В.А., Латышев В.В., Смирнов Л.И. Диффузия и растворимость водорода в металлах и упорядочивающихся сплавах // Взаимодействие водорода с металлами. / Под ред. А.П. Захарова. М.: Наука. 1987.

12. Гольцов В.А., Смирнов Л.И. О механизме диффузии атомов внедрения в металлах // Укр. физ. журн. 1975. Т. 20. № 5. С. 829-833.

13. Goltsov V.A., Smirnov L.I. New model notions about hydrogen in metals // Hydrogen Metals. Proc. 2nd Int. Congr. Paris. 1977. Oxford e.a.: Pergamon Press. 1978. Vol. 4. P. 1C1/1-1C1/7.

14. Смирнов Л.И., Смирнова Т.С., Гольцов В.А. Надбарьерные состояния водорода и дейтерия в металлах. I. Равновесные свойства // Укр. физ. журн. 1980. Т. 25. № 5. С. 838-843.

15. Гольцов В.А, Смирнов Л.И. Надбарьерные состояния водорода и дейтерия в металлах. II. Диффузия // Укр. физ. журн. 1980. Т. 25. № 6. С. 914918.

16. Выходец В.Б., Демин В.Б., Гельд П.В., Мень А.Н., Фишман А.Я., Чуфаров Г.И. Расчет термодинамических функций разбавленных растворов легких примесей в ГЦК кристаллах // ДАН СССР. 1971. Т. 197. № 4. С. 859-861.

17. Выходец В.Б., Демин В.Б., Гельд П.В. и др. Растворимость водорода в металлах с ГЦК решеткой // Изв. АН СССР. Металлы. 1971. № 6. С. 71-77.

18. Vykhodets V.B., Geld P.V., Demin V.B. e.a. Isotope effect in the solubility of hydrogen in F.C.C. metals // Phys. Stat. Solidi (a). 1972. V. 9. P. 289-294.

19. Демин В.Б., Выходец В.Б., Гельд П.В. и др. Расчет растворимости дейтерия и трития в металлах с ГЦК решеткой // Изв. АН СССР. Металлы. 1972. № 2. С. 201-203.

20. Волков В.А., Машаров Г.С., Машаров С.И. Растворимость газов в одноосно деформированных кристаллах // Журн. техн. физ. 2004. Т. 74. № 4. С. 3134.

21. Kleppa O.J. and Phytela R.C. A calorimetric-equilibrium study of dilute-solutions of Hydrogen and Deuterium in Palladium at 555 K to 909 K // J. Chem. Phys. 1982. Vol. 76. No. 2. P. 1106-1110.

22. Смирнов Л.И. Теплоемкость водородной подсистемы в системах металл-водород // Металлофиз. новейш. технол. 2006. Т. 28. № 3. С. 295-302.

23. Смирнов Л.И. Зависимость растворимости водорода в металлах от давления водорода в газовой фазе // Металлофиз. новейш. технол. 2008. Т. 30. № 2. С. 147-160.

24. Смирнов Л.И. Влияние вакансий, индуцированных водородом, на его растворимость в металлах // Металлофиз. новейш. технол. 2008. Т. 30. № 11. С. 1583-1589.

25. Андриевский Р. А. Водород в наноструктурах // Усп. физ. наук. 2007. Т. 177. № 7. С. 721-735.

26. Жиров Г.И., Гольцова М.В. Экспериментальное наблюдение солитоноподобного движущегося выпучивания на поверхности сплава палладий-водород // Физ. мет. и металловедение. 2007. Т. 104. № 6. С. 634-640.

27. Смирнов Л.И. Волновое распространение концентрационных возмущений в гидридообразующих металлах и кинетика выделения гидридной фазы // Физ. мет. и металловедение. 1990. № 10. С. 14-20.

28. Смирнов Л.И. О волновом распространении концентрационных водородных возмущений в палладии // Физ. мет. и металловедение. 2010. Т. 109. № 2. С. 115-119.

29. Смирнов А.А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М.: Наука. 1966.

30. Смирнов А.А. Теория сплавов внедрения. М.: Наука. 1979.

31. Смирнов А.А. Теория диффузии в сплавах внедрения. К.: Наук. думка. 1982.

32. Смирнов А.А. Теория диффузии внедренных атомов, проходящей по междоузлиям разного типа при любой степени их заполнения // Физ. мет. и металловедение. 1981. Т. 51. №. 1. С. 16-24.

33. Носарь А.И., Смирнов А.А. Диффузия внедренных атомов в упорядочивающихся сплавах при любой степени заполнения междоузлий // Физ. мет. и металловедение. 1978. Т. 46. № 5. С. 970-977.

34. Смирнов А.А. Обобщенная теория упорядочения сплавов. К.: Наук. думка. 1986.

35. Смирнов Л.И. Диффузия внедренных атомов в тройных упорядочивающихся сплавах замещения с ОЦК решеткой при любой степени заполнения междоузлий // Физ. мет. и металловедение. 1982. Т. 54. № 4. С. 629-635.

36. Кондратьев В.В., Волошинский А.Н., Обухов А.Г. Коэффициент диффузии водорода в неупорядоченных бинарных сплавах // Физ. мет. и металловедение. 1996. Т. 81. № 2. С. 15-25.

37. Волошинский А.Н., Кондратьев В.В., Обухов А.Г., Тимофеев Н.И. Коэффициент диффузии водорода в двойных и тройных сплавах // Физ. мет. и металловедение. 1998. Т. 85. № 3. С. 125-133.

38. Смирнов Л.И. Концентрационная зависимость коэффициента диффузии внедренных атомов в неупорядоченных сплавах // Физ. мет. и металловедение. 2005. Т. 99. № 3. С. 12-16.

39. Barlag H., Opara L., Zuchner H. Hydrogen diffusion in palladium based f.c.c. alloys // J. Alloys and Compounds. 2002. Vol. 330-332. P. 434-437.

40. 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 // Физ. мет. и металловедение. 1982. Т. 53. № 4. С. 661-670.

41. Смирнов А.А. Теория вакансий в сплавах внедрения (Обзор) // Укр. физ. журн. 1992. Т. 37. № 8. С. 1188-1212.

42. Tatarenko V.A., Tsynman C.L. An interstitial-impurity-induced increase of vacancies and self-diffusion in close-packed metals // Solid State Ionics. 1997. Vol. 101-103. P. 1093-1099.

43. Bugaev V.M., Tatarenko V.A., Tsynman C.L. e.a. Impurity-induced host-lattice vacancies in metals and interstitial alloys // Intern. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. No. 2/3. P. 135-140.

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

45. Goto Y., Ishii Y., Fukai Y. Superabundant vacancy formation in Pd studied by x-ray diffraction and density measurements // Intern. Symp. on Metal-Hydrogen Systems: Fundamental and applications. Hangzhou, China, Oct. 4-9, 1998. Abstract Booklet. 1998. P. M1:21.

46. Авдюхина В.М., Анищенко А.А., Кацнельсон А.А., Ревкевич Г.П. Роль вакансий в структурной релаксации сплавов Pd-Mo после гидрогенизации // Физ. твердого тела. 2004. Т. 46. № 2. С. 259-265.

47. Гольцов В.А., Демин В.Б., Выходец В.Б., Каган Г.Е., Гельд П.В. Диффузия, проникновение и растворимость водорода и дейтерия в палладии // Физ. мет. и металловедение. 1970. Т. 29. № 6. С. 1305-1306.

48. Смирнов Л.И., Лобанов Б.А., Гольцов В.А. Перераспределение атомов тяжелых изотопов водорода, вызванное диффузионным потоком протия // Тез. докладов III Всес. семинара «Водород в металлах». Донецк: ДПИ. 1982. С. 181.

49. Смирнов Л.И., Гольцов В.А., Лобанов Б.А. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металлической матрице. I. Идеальный многокомпонентный решеточный газ // Физ. мет. и металловедение. 1986. Т. 61. № 5. С. 837-844.

50. Гольцов В.А., Смирнов Л.И. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металлической матрице. II. Неидеальный многокомпонентный решеточный газ // Физ. мет. и металловедение. 1987. Т. 63. № 2. С. 238-244.

51. Буевич Ю.А. О совместной диффузии в растворах внедрения // Инж. физ. журн. 1986. Т. 50. № 6. С. 974-979.

52. Бугаев В.Н., Татаренко В.А. Взаимодействие и распределение атомов в сплавах внедрения на основе плотноупакованных металлов. К.: Наук. думка. 1989.

53. Smirnov L.I. Effect of interaction of dissolved hydrogen atoms upon metals’ strength and plasticity // Intern. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. No. 2/3. P. 299-302.

54. Смирнов Л.И., Гольцов В.А., Лобанов Б.А., Рузин Э. В. Влияние химического и деформационного взаимодействия атомов водорода на их диффузию в металлах // Физ. мет. и металловедение. 1985. Т. 60. № 4. С. 770-775.

55. Хачатурян А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов. М.: Наука. 1974.

56. Устиновщиков Ю. И. Выделение второй фазы в твердых растворах. М.: Наука. 1988.

57. Strongin M., Colbert J., Dienes G.J., Welch D.O. Surface-bulk uptake of Hydrogen by Niobium // Phys. Rev. B. 1982. Vol. 26. No. 6. P. 2715-2719.

58. Белаш В.П., Климова И.Н., Кормилец В.И. Исследование электронной структуры соединения Pd-Н методами фотоэлектронной спектроскопии // Физ. мет. и металловедение. 1997. Т. 84. № 2. С. 53

59. Majorowski S., Baranowski B. Diffusion coefficients of Hydrogen and Deuterium in highly concentrated Palladium hydride and deuteride phases // J. Phys. Chem. Solids. 1982. Vol. 43. No. 12. P. 11191127.

60. Verbruggen A.H., Hagen C.W., Griessen R. Gorsky effect in concentrated a-PdHx // J. Phys. F: Metal Phys. 1984. Vol. 14. No. 6. P. 1431-1444.

61. Смирнов Л.И. Применение метода конфигураций к расчету коэффициента диффузии атомов в сплавах внедрения // Укр. физ. журн. 1989. Т. 34. № 2. С. 259-264.

62. Смирнов Л.И., Филоненко С.С. О концентрационной зависимости коэффициента диффузии водорода в палладии // Физ. мет. и металловедение. 1989. Т. 67. № 2. С. 240-243.

63. Латышев В.В., Гурьянов В.Г. Взаимодействие водорода с мембранами из сплавов на основе палладия // Журн. физ. химии. 1988. Т. 72. № 2. С. 481-487.

64. Латышев В.В., Быстрицкий В.М. Взаимодействие изотопов водорода с диффузионнными мембранами из палладиевых сплавов // Физ. мет. и металловедение. 1991. Том 71. № 6. С. 5-24.

65. Бриллиантов Н.В., Квяткевич А.И. Зависимость коэффициента диффузии от концентрации для системы взаимодействующих дефектов в твердом теле // Физ. твердого тела. 1989. Т. 31. № 12. С. 62-70.

66. Девятко Ю.Н. Тронин В.Н. Кинетика релаксации к равновесию газоподобных систем // ЖЭТФ. 1990. Т. 98. Вып. 5(11). С. 1570-1584.

67. Lange K.W., Konig H.-J. Diffusion coefficients of hydrogen in iron alloys at temperatures between 25 and 3000C // Hydrogen in Metals. Proc. 2nd Int. Congr. Paris, 1978. Vol. 1. Oxford e.a., 1978. P. 1A5/1-1A5/7.

68. Смирнов Л.И., Гольцов В.А. О нелинейных и перекрестных эффектах при диффузионном проникновении водорода через металлическую мембрану // Инж. физ. журн. 1988. Т. 55. № 3. С. 397402.

69. Гуревич М.Е., Красюк А.Д., Лариков Л.Н., Рясный А.В. Проникновение гелия в алюминий из низкотемпературной гелиево-водородной плазмы // Металлофизика. 1987. Т. 9. № 6. С. 94-96.

70. Латышев В.В., Гурьянов В.Г., Аслиддинова М.Ю. и др. Стимулированная водородом диффузия примесей через мембраны из палладиевых сплавов // Журн. техн. физики. 1991. Т. 61. № 9. С. 162-164.

71. Смирнов Л.И. Влияние концентрационной зависимости коэффициента диффузии на распределение и поток водорода в палладиевых мембранах // Инж. физ. журн. 1990. Т. 59. № 4. С. 602-606.

72. Смирнов Л.И., Носенко В.Ю. О кинетике расслоения фаз в твердых растворах // Физ. мет. и металловедение. 1993. Т. 75. № 4. С. 151-156.

73. Фельдман Э.П., Стефанович Л.И. Эволюция «замороженных» флуктуаций концентрации при распаде стекол с составом, близким к спинодальному // ЖЭТФ. 1989. Т. 96. Вып. 10. С. 1513-1521.

74. Гольцов В. А., Артеменко Ю.А. Исследование кинетики изотермических гидридных превращений в термодинамически открытой системе палладий-водород // Физ. мет. и металловедение. 1991. Том 72. № 10. С. 160-167.

75. Смирнов Л.И. Влияние концентрационных напряжений на кинетику роста гидридной фазы в открытой системе палладий-водород // Физ. мет. и металловедение. 1996. Т. 82. № 3. С. 75-82.

76. Слезов В.В., Сагалович В.В. Диффузионный распад твердых растворов // УФН. 1987. Т. 151. № 1. С. 67-104.

77. Гольцова М.В., Артеменко Ю.А., Смирнов Л. И. О критическом замедлении диффузии водорода в системе палладий-водород // Физ. мет. и металловедение. 2000. Т. 89. № 2. С. 71-74.

78. Артеменко Ю.А., Гольцова М.В. Распад твердого раствора в палладии при быстром охлаждении // Физ. мет. и металловедение. 1995. Т. 79. № 2. С. 61-64.

79. Смирнов Л.И. Уравнение диффузии внедренных атомов в металлах при произвольных градиентах концентрации // Физ. мет. и металловедение. 1998. Т. 86. № 5. С. 44-47.

80. Smirnov L.I. Diffusion of hydrogen in metals at arbitrary concentration gradients // Intern. J. Hydrogen Energy. 1999. Vol. 24. P. 813-817.

81. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир. 1979.

82. Смирнов Л.И., Пронченко Д.А. Нестационарные структуры в системах металл-водород // Водородная обработка материалов: Труды Четвертой Межд. конф. «ВОМ-2004». Донецк: ДонНТУ. 2004. С. 354-358.

83. Смирнов Л.И., Гольцов В.А. Динамика концентрационных неоднородностей водорода в металлах // Физ. мет. и металловедение. 1998. Т. 85. № 2. С. 19-23.

84. Белова Т.И., Кудрявцев А.Е. Солитоны и их взаимодействия в классической теории поля // Усп. физ. наук. 1997. Т. 167. С. 377-406.

85. Olemskoi A.I., Khomenko A.V., Klepikov V.F. Synergetic kinetics of a first order phase transition // Укр. физ. журн. 1996. Т. 41. № 7-8. С. 762-767.

86. Бункин Н.Ф., Лобеев А.В., Ляхов Г.А. Исследование спинодального распада в расслаивающихся растворах лазерными методами // Усп. физ. наук. 1997. Т. 167. № 10. С. 1069-1085.

87. Авдюхина В.М., Кацнельсон А.А., Ревкевич Г.П. Осциллирующие фазовые превращения на начальной стадии релаксации в насыщенном водородом сплаве Pd-Er-H // Водородная обработка материалов: Сб. информ. матер. II Межд. конф. «ВОМ-98». Под ред. В. А. Гольцова. Донецк. 1998. С. 20.

88. Гольцов В.А., Глухова Ж.Л., Редько А.Л. Явление водородоупругости и его роль в рассасывании концентрационных неоднородностей водорода в металлах // Физ. мет. и металловедение. 1996. Т. 82. № 6. С. 49-55.

89. Goltsov V.A., Glukhova Zh.L., Redko A.L. Hydrogen elasticity effect and its importance in diffusion dissolution of concentration in homogeneities in metals // Intern. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. No. 2/3. P. 179-183.

90. Смирнов Л.И., Гольцов В. А. Динамика систем металл-водород в континуальном приближении и некоторые водородоупругие эффекты // Физ. мет. и металловедение. 1997. Т. 84. № 6. С. 47-56.

91. Смирнов Л.И. Перенос атомов внедрения в металлах упругой волной // Физ. мет. и металловедение. 2000. Т. 89. № 4. С. 10-14.

92. Бекренев А.Н., Миронова Т.С., Мазанко В.Ф., Филатов А. В. Влияние упругих напряжений на диффузию и фазообразование в металлах // Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. Симпозиум, посвященный 100-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР И.А. Одинга. Тез. докл. М.: РАН. 1996. Т. 1. C. 132-134.

93. Васильев Л.С. К теории аномально высокой скорости диффузии в металлах при ударных воздействиях. I. Основные уравнения диффузионного массопереноса при пластическом деформировании металлов // Физ. мет. и металловедение. 2009. Т. 107. № 4. С. 353-363.

94. Гаранин Г.В., Ларионов В.В., Склярова Е.А., Чернов И.П. Диффузия водорода под действием ионизирующего излучения и акустических волн // impo.imp.uran.ru/radiation/Rus/archive/9_Seminar/Abstr acts/Garanin.pdf.

95. Лидер А.М., Кренинг М., Ларионов В.В., Гаранин Г.В. Миграция водорода в металлах при сопряженном воздействии акустического и радиационного излучения // Журн. техн. физики. 2011. Т. 81. № 11. С. 89-93.

96. Mazenko G.F., Valls O.T., Zannetti M. Field theory for growth kinetics // Phys. Rev. B. 1988. Vol. 38. No. 1. P. 520-542.

97. Олемской А.И., Коплык И.В. Теория пространственной эволюции неравновесной термодинамической системы // Усп. физ. наук. 1995. Т. 165. № 10. С. 1105-1144.

98. Гольцов В.А., Редько А.Л., Глухова Ж.Л. Термодинамические основы явления водородоупругости // Физ. мет. и металловедение. 2003. Т. 95. № 1. С. 21-26.

99. Гольцов В.А. О природе диффузионнокооперативных (гидридных) превращений // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1987. № 1. С. 88-96.


Для цитирования:


Смирнов Л.И., Гольцов В.А. Диффузия и диффузионные явления в водородной подсистеме сплавов металл-водород. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2014;(1):111-137.

For citation:


Smirnov L.I., Goltsov V.A. Diffusion and diffusive phenomena in hydrogen subsystems of metal-hydrogen alloys. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(1):111-137. (In Russ.)

Просмотров: 154


ISSN 1608-8298 (Print)