Buy (120 RUB)
|Generate QR code
Open Access
Subscription or Fee Access
Diffusion and diffusive phenomena in hydrogen subsystems of metal-hydrogen alloys
Abstract
The paper presents a review of theoretical ideas and experimental results in the field of diffusion phenomena in hydrogen subsystem of metal-hydrogen systems. The modern views on diffusion as physical phenomenon are set out. Results, which are the consequences of the effect of filling the interstices, and the results, associated with the interaction of the hydrogen atoms in the crystal lattice of the metal-solvent are presented. The diffusion theory of origin and evolution of the hydrogen concentration in homogeneities is depicted. The most important consequences from the equations of collective dynamics of hydrogen and metal sub-system are reported.
Keywords
диффузия водорода в металлах,
нелинейное уравнение диффузии,
спинодальный распад,
волновое распространение концентрационных возмущений,
солитоноподобное движение концентрационных неоднородностей,
hydrogen diffusion in metals,
nonlinear equation of diffusion,
spinodal decomposition,
wave propagation of concentration disturbances,
soliton-like motion of concentration inhomogeneities
About the Authors
L. I. Smirnov
European University, Donetsk branch
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Goltsov
Donetsk National Technical University
Russian Federation
Russian Federation
References
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.
Review
For citations:
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.)
Views:
671
Email this article 