Введение 8
1. Особенности структурных изменений в металлах и сплавах при насыщении
водородом 10
1.1. Влияние водорода на структуру и свойства металлов и сплавов 10
1.2. Взаимодействие водорода с титаном 11
1.3. Взаимодействие водорода с дефектами кристаллической структуры .... 15
1.4. Дефекты водородного происхождения 18
2. Методы электрон-позитронной аннигиляции и их физические основы 19
2.1. Физические основы методов электрон-позитронной аннигиляции 19
2.1.1. Источники позитронов 19
2.1.2. Движение позитрона в веществе 21
2.1.3. Состояния позитрона в материале 22
2.1.4. Модель захвата позитронов дефектами 23
2.1.5. Аннигиляции позитронов на дефектах содержащих водород 26
2.2. Методы электрон-позитронной аннигиляции 28
2.2.1. Спектрометрия времени жизни позитронов 28
2.2.2. Анализ спектров времени жизни позитронов 30
2.2.3. Спектрометрия доплеровского уширения аннигиляционной линии .. 31
2.2.4. Анализ формы спектров 32
3. Материал и методы исследования 36
3.1. Материал исследования 36
3.2. Насыщение водородом из газовой среды 36
3.3 Методы электрон-позитронной аннигиляции 37
3.4 Измерение концентрации водорода при помощи анализатора водорода
RHEN 602 39
3.5 Измерение микротвердости 41
4. Исследование влияния условий наводороживания на временное и импульсное распределения аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ1-0 42
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 48
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования 48
5.2 Анализ конкурентных технических решений 49
5.3 Структура работ в рамках научного исследования 51
5.4 Определение трудоемкости выполнения работ 52
5.5 Разработка графика проведения научного исследования 54
5.6 Расчет материальных затрат научно-технического исследования 57
5.7 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 58
5.8 Основная заработная плата исполнителей темы 58
5.9 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 60
5.10 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 60
5.11 Накладные расходы 61
5.12 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 62
5.13 Выводы 63
6. Социальная ответственность 64
6.1 Техногенная безопасность 65
6.1.1 Микроклимат 65
6.1.2 Электромагнитные поля 66
6.1.3 Электрическое напряжение 67
6.1.4 Воздействие высокой температуры 68
6.2 Региональная безопасность 68
6.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 68
6.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений 69
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 71
6.6 Вывод 71
Заключение 72
Список литературы 72
Объектом данного исследования является дефекты в титановых сплавах
ВТ 1-0.
Цель работы – Исследование влияния условий наводороживания из
газовой среды на дефектную структуру титанового сплава ВТ1-0
В процессе исследования проводились измерения спектра времени
жизни позитронов и Допплеровского уширения аннигиляционной линий.
Установлены зависимости аннигиляционных параметров образцов сплавов
титана ВТ 1-0 от условий наводороживания.
В результате исследования согласно данным позитронной
спектроскопии, при наводороживании из газовой среды при высокой
температуре в титановом сплаве ВТ1-0 образуются вакансии (V) и водородвакансионные комплексы (V-nH). При одинаковой концентрации водорода,
изменение температуры или скорости охлаждения не приводит к изменению
типа дефектов, изменяется лишь их концентрация.
В первой главе описаны особенности структурных изменений в
металлах и сплавах при насыщении водородом.
Во второй главе описаны физические основы методов электронпозитронной аннигиляции и оборудование, используемое в эксперименте.
В третьей главе описан исследуемый материал, подготовка и проведение
эксперимента.
В четвертой главе описан анализ полученных результатов.
В пятой главе описан финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение данной работы.
В шестой главе описана социальная ответственность проведенного
исследования.
Введение
Проблема водород-металл изучается в течение длительного времени и
работы в этой области по-прежнему остаются востребованными. Широкий
спектр вопросов, возникающих при взаимодействии водорода с металлами,
вызывает большой интерес исследователей, специализирующихся в области
физики твердого тела, физической химии и материаловедения. Растворяясь
практически во всех металлах, водород вызывает существенные изменения
физико-химических и механических свойств.
Проникая в материал, водород не только активно взаимодействует с
дефектами кристаллической решетки, но и индуцирует образование новых
дефектов. С увеличением концентрации водорода происходит образование
комплексных дефектов типа «вакансия – водород» и «кластер – водород»,
структура и свойства, которых еще не до конца изучены. При этом на
формирование данных комплексов могут влиять не только концентрация
водорода, но и условия наводороживания.
Методы позитронной спектроскопии, являются одними из немногих
экспериментальных методов, которые позволяют напрямую исследовать
дефекты типа «вакансионный дефект-примесь».
В связи с этим, целью данной работы является исследование влияния
условий наводороживания из газовой среды на дефектную структуру
титанового сплава ВТ1-0.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Подготовка образцов титанового сплава ВТ1-0.
2. Исследование временного и импульсного распределения
аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ1-0 до
наводороживания.
3. Исследование временного и импульсного распределения
аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ1-0 после
наводороживания из газовой среды.4. Исследования влияния температуры наводороживания на дефектную
структуру титанового сплава ВТ1-0
5. Исследования влияния скорости охлаждения на дефектную структуру
титанового сплава ВТ1-0.
В результате данной работы можно сделать вывод о том, что явление
аннигиляции позитронов, применимо для исследования система водород
металла. Методы электрон-позитронной аннигиляции (ЭПА) являются самыми
чувствительными методами для исследования дефектной и электронной
структуры материалов. В данной работе использованы две методики ЭПА: (1)
Метод спектрометрии по времени жизни позитронов (2) Метод спектрометрии
доплеровского уширения аннигиляционной линии.
Изменения аннигиляционных характеристик свидетельствуют об
образовании дефектов и их концентрации.
В данной работе при помощи ЭПА оказывает, что температура
наводороживание и скорость охлаждения влияет на дефектную структуру
титанового сплава. Согласно данным позитронной спектроскопии, при
наводороживании из газовой среды при высокой температуре образуются
вакансии (V) и водород-вакансионные комплексы (V-nH). При одинаковой
концентрации водорода, изменение температуры или скорости охлаждения не
приводит к изменению типа дефектов, изменяется лишь их концентрация.
Liang C. P., Gong H. R. Fundamental influence of hydrogen on various
properties of alpha-titanium // International Journal of Hydrogen Energy.
2010. No. 35. P. 3812-3816;
2. Гельд П.В., Рябов Р.A., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры
металла. М.: Металлургия, 1979. 221 с.
3. Schutz R. W., Watkins H. B. Recent developments in titanium alloy
application in the energy industry // Materials Science and Engineering: A.
1998. Volume 243, Issues 1-2. P. 305-315;
4. Yamada M. An overview on the development of titanium alloys for nonaerospace application in Japan // Material Science and Engineering: A. 1996.
Volume 213, Issues 1-2. P. 8-15;
5. Brewer W. D., Bird R. K., Wallace T. A. Titanium alloys and processing for
high speed aircraft // Materials Science and Engineering: A. 1998. V. 243, Is.
1-2. P. 299-304;
6. Zhou Y. G., Zeng W. D., Yu H. Q. An investigation of a new near-beta
forging process for titanium alloys and its application in aviation
components // Materials Science and Engineering: A. 2005. Volume 393,
Issues 1-2. P. 204- 212;
7. Xu J. J., Cheung H. Y., Shi S. Q. Mechanical properties of titanium hydride //
Journal of Alloys and Compounds. 2007. No. 436. P. 82-85;
8. Gulbransen E.A., Andrew K.F.J. Metals, I, 1940, №10, p. 741-749;
9. Bulletin of Alloy Phase Diagrams Vol. 8 No. 119.
10. Л.В. Спивак. Водород в металлах: учеб. Пособие: в 2 ч./ Пермский гос.
Ун-тю – Пермь, 2011. – Ч.1, 177с
11. Фридель Ж. Дислокации. М: Мир, 1967, 644 с., Хирт Дж., Лотте И.
Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972, 600 с
12. Sticking G. J., Huber B.//Ber. Bussenges. phys. Chem. 1983, Bd. 87. P.418-
424;13. Myers S.M., Picraux S.T., Stoltz R.E.//Hydrogen effects in metals. N.Y.:L.:
Met.Soc. AEME. 1981. N4p/87-95;
14. Черников В.Н., Захаров А.П., Писарев А.А.// Изв. АН СССР. Сер. Физ.
1980ю Т. 44. С. 1210-1216;
15. D. Peng. Positron Annihilation Studies of Hydrogen-Induced Defects in PostDeformation Hydrogen-Charged Polycrystalline Cobalt. Phys. stat. sol. (a)
135, 103 (1993);
16. Y. C. Wu, Y. Itoh, and Y. Ito. Positron Annihilation Studies on the Interaction
between Hydrogen and Defects in Nickel. phys. stat. sol. (b) 193, 307 (1996);
17. J.-Y. Zhang and J. Mitroy. Positron Scattering and Annihilation from the
Hydrogen Molecule at Zero Energy. Physical review letters, PRL 103, 223202
(2009);
18. Dupasquier A., Mills A.P. Positron Spectroscopy of Solids//Proceedings
International School of Physics «Enrico Fermi», Course CXXV. – 1993.
19. Krause-Rehberg R., Leipner H.S. Positron Annihilation in Semiconductors
/Springer-Verlag. – Berlin, 1999. – 378;
20. А.Н.Климов. Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва:
Энергоатомиздат, 1985. — С. 352
21. Coleman P. G. Positron beams and their applications/World Scientific. – UK,
2002. - 322 p;
22. Широков Ю.М. Ядерная Физика / Наука. – М: 1980;
23. MacKenzie I.K., in: Proceedings International School of Physics «Enrico
Fermi», Course LXXXIII. – 1983. – P. 196