Водород в металлах. Деформации решетки металла, связанные с водородом презентация

общем случае сопровождается увеличением ее объема. Добавочный объем на один межузельный атом Δv можно определить исходя из изменения среднего межатомного расстояния в решетке, т. е. увеличения постоянной решетки Δa. Так называемый размерный фактор λ = a-1 (Δa/Δc) связан с Δv соотношением Δv = 3λ; через с обозначена концентрация примесных атомов в междоузлиях (количество межузельных атомов/число атомов матрицы).
В общем случае смещения и атомов решетки из равновесных положений r могут быть анизотропными, и поле деформаций обусловленных межузельными атомами, описывается тензорной величиной

кристаллической решетке; в этом случае

где ρv – доля примесей внедрения, имеющих ориентацию v.,

поля смещений концепцию. Действительные смещения атомов решетки, обусловленные дефектом, можно имитировать, рассматривая решетку без дефектов и вводя виртуальные силы

("силы Канзаки"). Эти силы действуют на каждый атом т (находящийся на расстоянии xim от дефектного узла), так что результирующие смещения оказываются такими же, как и при введении дефектного атома. Распределение сил можно описать с помощью мультипольного разложения по аналогии с распределением зарядов в случае электрического поля.

распределения

Это так называемый дипольно-упругий тензор. Для получения удовлетворительного описания смещений достаточно знать силы, действующие только на несколько соседних атомов (например, на ближайших соседей дефекта).

изменению объема металла V на величину

где Δv – изменение объема на атом Н, т. е. величина, которая нас интересует. Величина Δv непосредственно связана со средним парциальным молярным объемом Vм = ΔvL, где L - число Авогадро.

Металлический кристалл объемом V содержит N атомов металла. Если средний объем на атом металла равен
Ω, то V = NΩ и относительное изменение объема, обусловленное Н, атомная концентрация которого есть с = n/N, дается величиной

Для кубического кристалла со случайным распределением примесей внедрения достаточно определить изменение одного из размеров образца, например его длины ΔL/L. При малых изменениях ΔV/V= ЗΔL/L+ [3(ΔL/L)2]+... и

сплаве Pd0,9Ag0,1 при различных температурах

постоянной решетки методами дифракции нейтронов или рентгеновских лучей. Эти методы позволяют определить изменение среднего объема элементарной ячейки, так что полученные результаты не зависят от того, повлияли ли на изменение объема в процессе растворения Н какие-либо побочные явления, как то: испарение части атомов металла, утеря части металлического порошка и т. п. Для кубического кристалла при случайном расположении примесей в междоузлиях имеем

Малые изменения постоянной решетки определяются по сдвигу ΔΘB брэгговского отражения на больший угол (ΘB – угол Брэгга):

водорода и дейтерия в тантале

водорода в α- фазе. 1÷6 – данные различных исследований

1÷7 – данные различных исследований

данные различных исследований

к появлению неупругой релаксации (эффект Снука). Если дефекты обладают высокой подвижностью, как, например, Н в металлах, то возникает диффузионная релаксация в условиях градиента деформации (эффект Горского).
Для Н в ОЦК металлах, по-видимому, выполняются все условия, необходимые для наблюдения этих релаксационных процессов. Растворение Н вызывает расширение решетки; в ОЦК структуре не существует междоузлий, обладающих полной кубической симметрией. Было экспериментально доказано, что Н в Nb и Та занимает тетраэдрические междоузлия; по этой причине следует ожидать, что упругий диполь будет анизотропным, а Н будет иметь высокую подвижность. Характерная величина коэффициента диффузии при комнатной температуре: D ≈ 5·10-9 м2/с-1.

еще одна наблюдаемая величина - установившаяся неупругая деформация εa. Эта величина, нормированная на величину упругой внешней деформации εе, носит название релаксационной силы Δε = εa/εе. При малой концентрации Н она определяется выражением

Здесь ΩG – зависящий от ориентации множитель, который содержит упругие модули и направляющие косинусы; kB–постоянная Больцмана; Т–температура; S11–коэффициент упругой податливости

дейтерия в α- фазе

данные различных исследований

данные различных исследований

в сплавеPd0,9Ag0,1

осей кристалла, то будет наблюдаться зависящее от времени упорядочение анизотропных упругих диполей. Эта неупругая релаксация пропорциональна (λ1-λ2) или А - В для тетрагонального поля деформаций. Она может быть обнаружена по изменениям упругих модулей. Были исследованы модули сдвига С' = (С11-C12)/2, C44 и модуль всестороннего сжатия В = (С11 + 2C12)/3. Для малых концентраций дефектов и тетрагональных деформаций изменение С′ должно иметь следующий вид:

Тщательные измерения эффекта Снука в сплавах Ме-Н дали неожиданно малое значение λ1-λ2, которое практически лежало в пределах погрешностей эксперимента.

(330) в направлениях [110], [110] и [001]

Обозначения: п – порошковый; о – объемный; мк – монокристаллический.
б) Значение Δа = 0,23·с (Δv/Ω=0,21), данное в работе [3,36], находится в очевидном
противоречии с величиной, приведенной в качестве экспериментального результата
В таблице приведена оценка экспериментального значения.

0,19 ±0,01

Палладий

Δv/Ω = 0,19±0,01

ГЦК металлов и сплавов в однофазной области (25 °С). 1 – палладий; 2 – никель; 3 – иридий-палладий; 4 – золото-палладий; 5 – серебро-палладий; 6 – платина-палладий; 7 – медь-палладий; 8 – медь-никель

различных ГЦК сплавов никель – марганец в однофазной области (25 °С).

ГЦК металлов и сплавов показаны на рис. 2.11 и 2.12. Наклон экспериментальной прямой имеет одну и ту же величину для самых разных металлов и сплавов и соответствует значению Δv/с = 11,5 Å3 при 0 ≤ с ≤ 0,7.

Этот неожиданный результат означает, что при добавлении одного атома Н объема кристалла изменяется на величину Δv = 2,9 Å3 независимо от материала. Объяснения этого единого «размера» атома Н в самых разных материалах пока нет.