Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИМЕСИ ВОДОРОДА С НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ ПАЛЛАДИЕМ И НИКЕЛЕМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-631-637

Полный текст:

Аннотация

Методом молекулярной динамики проведено исследование взаимодействия атомов водорода с нанокристаллическими палладием и никелем. Нанокристаллическую структуру палладия и никеля создавали в модели путем кристаллизации из жидкого состояния при наличии нескольких специально введенных кристаллических зародышей. После затвердевания расчетные блоки помимо кристаллической фазы содержат границы зерен и тройные стыки границ зерен. Взаимодействия атомов металла друг с другом описывали с помощью многочастичного потенциала Клери–Розато, построенного в рамках модели сильной связи. Для описания взаимодействий атомов водорода с атомами металла и друг с другом использовали потенциалы Морзе, параметры которых были рассчитаны по экспериментальным данным энергии абсорбции, энергии активации надбарьерной диффузии водорода в металле (при нормальных и высоких температурах), энергии связи с вакансией, дилатации. Согласно полученным результатам при высокой концентрации водорода (рассматривали концентрацию 10 % от количества атомов металла) атомы водорода объединяются в агрегаты, формирующиеся преимущественно вблизи поверхности металла. Агрегаты содержали, как правило, по несколько десятков атомов водорода и обладали низкой диффузионной активностью. При этом энергия связи атомов водорода с этими агрегатами больше, чем с решеткой металла или границами зерен в нем. В палладии водородные агрегаты формировались дальше от поверхности, чем в никеле. По всей видимости, это связано не столько с относительно низкой энергией абсорбции водорода палладием (–0,1 эВ) по сравнению с никелем (0,16 эВ), сколько с различием параметров решеток рассматриваемых металлов: 3,89 и 3,524 Å для палладия и никеля. По этой же причине, видимо, водородные агрегаты в чистой кристаллической решетке чаще наблюдались в палладии, чем в никеле, в котором агрегаты, как правило, формировались в дефектных областях, содержащих избыточный свободный объем: вблизи свободной поверхности, в границах зерен и тройных стыках.

Об авторах

Г. М. Полетаев
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования

656038, Россия, Барнаул, Алтайский край, пр. Ленина, 46)



И. В. Зоря
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

к.т.н., директор архитектурно-строительного института

654007, Россия, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42



Р. Ю. Ракитин
Алтайский государственный университет
Россия

к.ф.-м.н., директор колледжа

656049, Россия, Барнаул, Алтайский край, пр. Ленина, 61



Список литературы

1. Взаимодействие водорода с металлами / Под. ред. А.П. Захарова. – М.: Наука, 1987. – 296 с.

2. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металлов. – М.: Металлургия, 1979. – 221 с.

3. Fukai Y. The metal-hydrogen system – basic bulk properties. – Berlin: Springer-Verlag, 1993. – 309 p.

4. Еремеев С.В., Кульков С.С., Кулькова С.Е. Влияние примесей d-металлов на границах зерен на сорбцию водорода в палладии // Физическая мезомеханика. 2010. Т. 13. № 6. С. 81 – 87.

5. Gapontsev A.V., Kondratev V.V. Hydrogen diffusion in disordered metals and alloys // Physics-Uspekhi. 2003. Vol. 46. No. 10. P. 1077 – 1098.

6. Andrievski R.A. Hydrogen in nanostructures // Physics-Uspekhi. 2007. Vol. 50. No. 7. P. 691 – 704.

7. Ferreira P.J., Robertson I.M., Birnbaum H.K. Hydrogen effects on the character of dislocations in high-purity aluminum // Acta Mater. 1999. Vol. 47. No. 10. P. 2991 – 2998.

8. Poletaev G.M., Zorya I.V., Medvedeva E.S., Novoselova D.V., Starostenkov M.D. The study of the interaction of hydrogen impurity with point and linear defects in palladium and nickel // Materials Physics and Mechanics. 2017. Vol. 32. No. 2. P. 117 – 122.

9. Полетаев Г.М., Зоря И.В., Кулабухова Н.А., Новоселова Д.В., Старостенков М.Д. Исследование методом молекулярной динамики взаимодействия водорода с наночастицами палладия и никеля // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 463 – 468.

10. Водород в металлах / Под ред. Г. Алефельда и И. Фелькля. Т. 2.- М.: Мир, 1981. – 480 с.

11. Lewis F.A. The Palladium–Hydrogen System. A survey of hydride formation and the effects of hydrogen contained within the metal lattices // Platinum Metals Review. 1982. Vol. 26. No. 1. P. 20 – 27.

12. Daw M.S., Baskes M.I. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals //Physical Review B. 1984. Vol. 29. No. 12. P. 6443 – 6453.

13. Katagiri M., Onodera H. Molecular dynamics simulation of hydrogen-induced amorphization: softening effect by incorporation of hydrogen // Materials Transactions. 1999. Vol. 40. No. 11.

14. P. 1274 – 1280.

15. Poletaev G.M., Novoselova D.V., Kaygorodova V.M. The causes of formation of the triple junctions of grain boundaries containing excess free volume in FCC metals at crystallization // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 249. P. 3 – 8.

16. Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys // Physical Review B. 1993. Vol. 48. No. 1. P. 22 – 33.

17. Mattoni A., Colombo L., Cleri F. Atomic scale origin of crack resistance in brittle fracture // Physical Review Letters. 2005. Vol. 95. P. 115501.

18. Poletaev G.M., Zorya I.V., Novoselova D.V., Starostenkov M.D. Molecular dynamics simulation of hydrogen atom diffusion in crystal lattice of fcc metals // International Journal of Materials

19. Research. 2017. Vol. 108. No. 10. P. 785 – 790.

20. Poletaev G.M., Starostenkov M.D., Dmitriev S.V. Interatomic potentials in the systems Pd-H and Ni-H // Materials Physics and Mechanics. 2016. Vol. 27. No. 1. P. 53 – 59.

21. Kurokawa H., Nakayama T., Kobayashi Y., Suzuki K., Takahashi M., Takami S., Kubo M., Itoh N., Selvam P., Miyamoto A. Monte Carlo simulation of hydrogen absorption in palladium and

22. palladium-silver alloys // Catalysis Today. 2003. Vol. 82. No. 1. P. 233 – 240.

23. Liu S.J., Shi S.Q., Huang H., Woo C.H. Interatomic potentials and atomistic calculations of some metal hydride systems // Journal of Alloys and Compounds. 2002. Vol. 330-332. P. 64 – 69.

24. Zhou G., Zhou F., Zhao X., Zhang W., Chen N., Wan F., Chu W. Molecular dynamics simulation of hydrogen enhancing dislocation emission // Science in China. 1998. Vol. 41. No. 2. P. 176 – 181.

25. Shalashilin D.V., Jackson B., Persson M. Eley-rideal and hot-atom dynamics of HD formation by H(D) incident from the gas phase on D(H)-covered Cu(111) // Faraday Discussions. 1998. Vol. 110.

26. P. 287 – 300.

27. Daw M.S., Baskes M.I. Semiempirical, quantum mechanical calculation of hydrogen embrittlement in metals // Physical Review Letters. 1983. Vol. 50. No. 17. P. 1285 – 1288.

28. Ditlevsen P.D., Christensen O.B., Stoltze P., Nielsen O.H., Jacobsen K.W., Norskov J.K. H-H interactions in Pd // Physical Review B. 1989. Vol. 40. No. 3. P. 1993 – 1996.

29. Баранов М.А., Дроздов А.Ю., Чудинов В.Г., Баянкин В.Я. Атомные механизмы развития микротрещины в чистых ГЦК и ОЦК металлах и с примесью водорода // Журнал технической физики. 2000. Т. 70. № 4. С. 46 – 51.


Для цитирования:


Полетаев Г.М., Зоря И.В., Ракитин Р.Ю. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИМЕСИ ВОДОРОДА С НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ ПАЛЛАДИЕМ И НИКЕЛЕМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(8):631-637. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-631-637

For citation:


Poletaev G.M., Zorya I.V., Rakitin R.Y. INTERACTION OF HYDROGEN IMPURITY WITH NANOCRYSTALLINE PALLADIUM AND NICKEL. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(8):631-637. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-631-637

Просмотров: 113


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)