Проанализирована гипотеза и изложены результаты экспериментального подтверждения существования явления водородофазового наклепа - нового металлофизического явления, открытие которого обусловило зарождение новой парадигмы материаловедения. Показано, что водород является уникальным внешним агентом и легирующим элементом, обеспечивающим возможность новых эффективных методов обработки металлических материалов. Сформулирована концепция о фундаментальном характере водородного воздействия на металлические материалы. Особо отмечены управляемость и обратимость водородного воздействия на материалы. Описаны пути использования обработки водородом для металлов, которые не обладают полиморфизмом (палладий, ниобий, никель и др.), а также обсуждены новые возможности для обработки полиморфных металлов (титан, цирконий и др., сплавы на их основе, некоторые сплавы железа и т.д.).

Проанализированы и обобщены фундаментальные основы водородной обработки материалов (ВОМ). Сформулированы цели и задачи ВОМ и выявлено, что имеются две ветви этой новой области материаловедения: теория ВОМ и технология ВОМ. Они обе базируются на особых свойствах воздействия водорода на материалы. Воздействие водорода на материалы включает физическую, химическую, физико-химическую и механическую компоненты. Обобщены фундаментальные знания о диффузионно-кооперативной природе систем водород-материал; дана классификация и обзор соответствующих явлений. Дан краткий обзор вызываемых водородом фазовых превращений, рассмотрена их природа и классификация, приведены примеры использования в ВОМ индуцированных водородом фазовых превращений. Рассмотрены на примере системы палладий-водород контролируемые водородом фазовые превращения в полиморфных металлах и обсуждено их использование в технике.

В обзоре дано развитие представлений о гидридных превращениях как диффузионно-кооперативных явлениях. Их особенностью является перераспределение в гидридной подсистеме только путем диффузии, а перераспределение в кристаллической матрице - по кооперативному, сдвиговому механизму, подобному мартенситному превращению. Гидридные превращения в системе Pd-H протекают по механизму зарождения и роста. Кинетика прямых a→ß гидридных превращений описывается С-образными кинетическими изотермическими диаграммами. Для обратных ß→a гидридных превращений характерен другой тип диаграмм. Скорость обратных гидридных превращений возрастает с ростом температуры или с уменьшением давления водорода. Описаны в деталях морфологические особенности как прямых, так и обратных гидридных превращений. Рассмотрена уникальная роль водородных концентрационных и водородных фазовых напряжений в процессе гидридных превращений. Было обнаружено, что эти напряжения являются наиболее значительным термодинамическим и кинетическим фактором при развитии гидридных превращений.

Изучено упрочнение палладия при водородофазовом наклепе в результате обратного ß→а гидридного фазового превращения в сплавах палладий-водород. Показано, что степень водородофазового наклепа, в основном, определяется разностью удельных объемов превращающихся фаз. С понижением температуры превращения и увеличением разности удельных объемов превращающихся фаз упрочнение палладия при водородофазовом наклепе закономерно усиливается, а его пластичность, соответственно, уменьшается. При этом плотность дислокаций и величина микроискажений возрастает, а блоки мозаики измельчаются.

Проведены систематические исследования по изучению структурных изменений в приповерхностных слоях палладия (чистотой 99,98%) и его сплавов с водородом методиками оптической микроскопии in situ с видеозаписью и компьютерным анализом происходящих процессов. Зарегистрирован целый ряд водородоупругих и водородопластических эффектов: стационарные когерентные выпучивания, необратимый сдвиг зерен, движущиеся волнообразные когерентные выпучивания. Показано, что общей причиной их проявления является возникновение, перераспределение и релаксация внутренних напряжений в сплавах Pd-H. С практической точки зрения, экспериментально установленные эффекты исключительно важны для обеспечения безопасности функционирования технологий водородной энергетики, поскольку возникновение, движение и исчезновение солитоноподобных выпучиваний - это особый механизм релаксации внутренних напряжений в сплавах Me-H.

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.

Обобщены современные представления о явлении водородоупругости и рассмотрено теоретическое описание этого явления как в общем виде, так и применительно к некоторым конкретным задачам. Представлены математические модели таких водородоупругих эффектов как формоизменение металла и рассасывание концентрационных неоднородностей водорода. Показано, что водородные напряжения существенно замедляют диффузионные процессы и увеличивают время жизни концентрационных неоднородностей водорода, а также являются одной из причин наблюдаемого остаточного формоизменения палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом.

Экспериментально изучено формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом при различных давлениях водорода от 0,03 МПа до 0,43 МПа в температурном интервале 110-350^оС. Исследована степень обратимости индуцированного водородом изгиба пластины при увеличении давления водорода. Установленные экспериментальные закономерности индуцированного водородом формоизменения палладиевой пластины обсуждены на основе фундаментальных особенностей систем металл-водород.

Экспериментально изучен изгиб палладиевой пластины под воздействием внешнего механического нагружения с последующими нагружениями водородом путем насыщения палладия водородом в пределах образования только твердых растворов водорода α-PdHx и дегазацией сплава α-PdHx до образования обезводороженного упрочненного палладия. Установлено, что в данных условиях имеет место явление управляемого водородофазового наклепа (ВФН-II рода). Обсуждены физические причины и принципы наблюдаемого явления.

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.

В обзоре кратко рассмотрена история сообщества водородного материаловедения как важной части мирового водородного движения. Проанализированы история и современный статус взаимодействия между сообществом по водородной энергетике и сообществом водородного материаловедения. За последние годы произошло сближение этих сообществ благодаря деятельности Постоянно действующего международного научного комитета по водородной обработке материалов, работающего под эгидой Международной ассоциации водородной энергетики (МАВЭ). Перманентная активизация этой кооперации - важная задача международного водородного движения в ХХІ веке.