Фізико-технологічна аналіза наводнення титану у різних станах

Abstract

Здійснено систематичну фізико-технологічну аналізу основних етапів наводнення металів (Me) у газовому середовищі. Вперше указано на подвійну роль оксидної плівки на поверхні металу. З одного боку, вона створює активні комплекси типу метал—Оксиґенова вакансія (Ti⁺³—V₀), що є центрами дисоціяції молекул H₂, і при товщині оксиду d≤0,45 мкм уможливлює проникати атомам Н у Me. З другого боку, при товщині d≥0,5—1,0 мкм вона сильно перешкоджає проникненню Н у об’єм Me. Спрямовано значну увагу на час інкубаційного періоду τінк як наслідок впливу багатьох параметрів і статистичних умов досліду. Результати проілюстровано на широкому спектрі різних вихідних станів і дисперсности титану – від компактних дисків і шайб до стружки і порошку. В стружці з механічним і тепловим контактом процес наводнення є подібним до такого в компактних зразках, проте з пониженими залишковими напруженнями (за кімнатної температури). У насипному порошку через наявні капіляри коефіцієнт дифузії DH зменшується в 10 разів порівняно з α-Ti.

Проведён систематический физико-технологический анализ основных этапов наводораживания металлов (Me) в газовой среде. Впервые указано на двойную роль оксидной плёнки на поверхности металла. С одной стороны, она создаёт активные комплексы типа металл—вакансия кислорода (Ti⁺³—V₀), выступающие в роли центров диссоциации молекул H₂, и при толщине оксида d≤0,45 мкм позволяет проникать атомам Н в Me. С другой стороны, при толщине d≥0,5—1,0 мкм она сильно препятствует проникновению Н в объём Me. Обращено значительное внимание на время инкубационного периода τинк как результат влияния многих параметров и статистических условий опыта. Результаты проиллюстрированы на широком спектре различных исходных состояний и дисперсности титана – от компактных дисков и шайб до стружки и порошка. В стружке с механическим и тепловым контактом процесс наводораживания похож на таковой в компактных образцах, но со сниженными остаточными напряжениями (при комнатной температуре). У насыпного порошка за счёт капилляров коэффициент диффузии DH уменьшается в 10 раз по сравнению с α-Ti.

A systematic study is performed for physical and technological analysis of the basic steps of hydrogen saturation of metals in gaseous environment. For the first time, it is pointed out onto the dual role of oxide film on the metal surface. On the one hand, it generates active metal—oxygen vacancy complexes (Ti⁺³—V₀) as centres of dissociation of H₂ molecules and, at oxide thickness d≤0.45 μm, permits the penetration of H atoms into the metal. On the other hand, at the thickness d≥0.5—1.0 μm, it strongly hinders a penetration of H into the bulk of the metal. Special attention is payed to the incubation time τinc as a result of influence of numerous parameters and statistical conditions of experiment. The results are illustrated for a broad gamut of the different initial states and degree of dispersion of titanium: from compact discs and washers to chips and powders. In the chips with mechanical and thermal contact of them, the kinetic process of hydrogen saturation is similar to those in compact specimens but with reduced residual stresses (at room temperature). The coefficient of diffusion DH in a filler powder is 10 times less than in α-Ti thanks to capillarity.