Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Проницаемость водорода сквозь сплавы тантала, легированные Nb и W

Р.М. Белякова, В.А. Полухин

ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.356

Оригинальная статья

Аннотация: Проведен анализ исследований мембранных сплавов Ta77Nb23 и Ta94,9W5,1 с оценкой их характеристик – термостабильности, прочности – измерением микротвердости, матричной структуры – рентгеновским анализом, а также динамики водорода – диффузии (теоретически) и экспериментально – проницаемости. Эффективность выделения водорода с применением сплавов Ta77Nb23 и Ta94,9W5,1 превышала таковую палладиевых, измеренной при тех же условиях испытаний.

Ключевые слова: водородо-селективные мембраны, сплавы тантала, растворимость, поглощение, проницаемость, диффузия, концентрация, разделение газов, очистка, охрупчиваемость, термостабильность, стойкость к водородному охрупчиванию

  • Белякова Римма Михайловна – к.т.н., старший научный сотрудник ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
  • Полухин Валерий Анатольевич – д.ф.-м.н., главный научный сотрудник ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

Ссылка на статью:

Белякова, Р.М. Проницаемость водорода сквозь сплавы тантала, легированные Nb и W / Р.М. Белякова, В.А. Полухин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 356-369. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.356.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Бурханов, Г.С. Сплавы палладия для водородной энергетики / Г.С. Бурханов, Н.Б. Горина, Н.Б. Кольчугина, Н.Р. Рошан // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеев). – 2006. – Т. L. – № 4. – С. 36-40.
2. Fontana, A.D. Hydrogen permeation and surface properties of PdAu and PdAgAu membranes in the presence of CO, CO2 and H S2 / A.D. Fontana, N. Sirini, L.M. Cornaglia, A.M. Tarditi // Journal of Membrane Science. – 2018. – V. 563. – P. 351-359. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.06.001.
3. Гольцов, В.А. Опыт промышленной эксплуатации мембранного сплава B–1 в диффузионной установке по получению особо чистого водорода из коксового газа // В.А. Гольцов, И.В. Франценюк, Н.И. Тимофеев и др. // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Атомно-водородная энергетика и технология». – 1987. – Вып. 1. – С. 36-37.
4. Гольцов, В.А. Новый сплав B–2 на основе палладия для диффузионных фильтров водорода / В.А. Гольцов, В.В. Латышев, Н.И. Тимофеев, И.Ю. Мачикина // Известия Вузов. Цветная металлургия. – 1977. – № 4. – С. 117-120.
5. Baraban, A. Structure and hydrogen permeability of V–15Ni alloy / A. Baraban, I. Gabis, S. Kozhakhmetov, et al // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – V. 44. – I. 50. – P. 27492-27498. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.08.224.
6. Polukhin, V.A. Presolidification changes in the structural–dynamic characteristics of glassforming metallic melts during deep cooling, vitrification, and hydrogenation / V.A. Polukhin, N.I. Sidorov, N.A. Vatolin // Russian Metallurgy (Metally). – 2019. – V. 2019. – I. 8. – P. 758-780. DOI: 10.1134/S0036029519080123.
7. Belyakova, R.M. Effect of hydrogen on the interatomic interactions of elements in metal alloys and the physicochemical properties of the related articles / R.M. Belyakova, V.A. Polukhin, L.K. Rigmant // Russian Metallurgy (Metally). – 2020. – V. 2020. – I. 8. – P. 859-869. DOI: 10.1134/S0036029520080030.
8. Kozhakhmetov, S. Alloys based on group 5 metals for hydrogen purification membranes / S. Kozhakhmetov, N. Sidorov, V. Piven, I. Sipatov I., I. Gabis, B. Arinov // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – V. 645. – Supplement 1. – P. S36-S40. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.242.
9. Dolan, M.D. Tubular vanadium membranes for hydrogen purification / M.D. Dolan, D.M. Viano, M.J. Langley, K.E. Lamb // Journal of Membrane Science. – 2018. – V. 549. – P. 306-311. DOI: 10.1016/j.memsci.2017.12.031.
10. Matsumoto, Y. Quantitative evaluation of hydrogen embrittlement of metal membrane defected by in-situ small punch test under hydrogen permeation / Y. Matsumoto, H. Yukawa, T. Nambu // Metallurgical Journal. – 2010. – V. 63. – I. 9. – P. 74-78.
11. Veleckis, E. Thermodynamic properties in the systems vanadium-hydrogen, niobiumhydrogen, and tantalum-hydrogen / E. Veleckis, R. K. Edwards// The Journal of Physical
Chemistry. – 1969. –V. 73. – № 3. P. 683-692. DOI: 10.1021/j100723a033.
12. Suzuki, A. Quantitative evaluation of hydrogen solubility and diffusivity of V–Fe alloys toward the design of hydrogen permeable membrane for low operative temperature / A. Suzuki, H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto, Y. Murata // Materials Transactions. – 2016. – V. 57. – I. 10. – P. 1823-1831. DOI: 10.2320/matertrans.MAW201604.
13. Yukawa, H. Ta–W alloy for hydrogen permeable membranes / H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto // Materials Transactions. – 2011. – V. 52. – I. 4. – P. 610-613. DOI: 10.2320/matertrans.MA201007.
14. Nakamura, Y. Alloying effects on hydrogen permeability of V without catalytic Pd overlayer / Y. Nakamura, H. Yukawa, A. Suzuki, et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – V. 645. – Supplement 1. – P. S275-S279. DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.12.242.
15. Suzuki, A. Alloying effects on hydrogen solubility and hydrogen permeability for V–based alloy membranes / A. Suzki, H. Yukawa, S. Ijiri, et al. // Materials Transactions. – 2015. – V. 56. – I. 10. – P. 1688-1692. DOI: 10.2320/matertrans.MAW201511.
16. Magnone, E. Relationship between microstructure and hydrogen permeation properties in the multiphase Ni21Ti23Nb56 alloy membranes / E. Magnone, S. II Jeon, J.H. Park, E. Fleury // Journal of Membrane Science. – 2011. – V. 384. – I. 1-2. – P. 136-141. DOI: 10.1016/j.memsci.2011.09.014.
17. Полухин, В.А. Специфика формирования кластерных структур Фриауфа, 2D–упаковок кагоме и фаз Лавеса при гидрировании сплавов титана. Кинетика водорода / В.А. Полухин, Р.М. Белякова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 345-355. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.345.
18. Dolan, M.D. Hydrogen transport properties of several vanadium-based binary alloys / M.D. Dolan, M.E. Kellam, K.G. McLennan, D. Liang, G. Song // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – V. 38. – I. 23. – P. 9794-9799. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.05.073.
19. Ishikawa, K. Hydrogen permeation in anisotropic Nb–TiNi two phase alloys formed by forging and rolling / K. Ishikawa, S. Tokui, K. Aoki // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – V. 42. – I. 16. – P.11411-11421. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.03.127.
20. Jayalakshmi, S. Characteristics of Ni–Nb–based metallic amorphous alloys for hydrogen-related energy applications / S. Jayalakshmi, V.S. Vasantha, E. Fleury, M. Gupta // Applied Energy. – 2012. – V. 90. – I. 1. – P. 94-99. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.01.040.
21. Dolan, M.D. Deuterium enrichment using vanadium membranes / M.D. Dolan, K.E. Lamb, J.B. Evtimova, D.M. Viano // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – V. 42. – I. 38. – P. 24183-24188. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.07.185.
22. Vatolin, N.A. Simulation of the influence of hydrogen on the structural properties of amorphous iron / N.A. Vatolin, V.A. Polukhin, R.M. Belyakova, E.A. Pastukhov // Materials Science and Engineering. – 1988. – V. 99. – I. 1-2. – P. 551-554. DOI: 10.1016/0025- 5416(88)90396-5.
23. Yang, J.Y. Hydrogen permeation of Pd60Cu40 alloy covered V–15Ni composite membrane in mixed gases containing H S2 / J.Y. Yang, C. Nishimura, M. Komaki // Journal of Membrane Science. – 2008. – V. 309. – I. 1-2. – P. 246-250. DOI: 10.1016/j.memsci.2007.10.036
24. Yukawa, H. Design of group 5 metal-based alloy membranes with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement / H. Yukawa, T. Nambu, Y. Matsumoto. In: Advances in Hydrogen Production, Storage and Distribution; ed. by A. Basile, A. Iulianelli. Woodhead Publishing Series in Energy: Number 63. – Amsterdam - Boston - Cambridge - Heidelberg – London - New York - Oxford - Paris - San Diego - San Francisco - Singapore - Sydney - Tokyo: Woodhead Publishing, 2014. – P. 341- 367. DOI: 10.1533/9780857097736.3.341.
25. Nishimura, C. V–Ni alloy membranes for hydrogen purification / C. Nishimura, M. Komaki, S. Hwang, M. Amano // Journal of Alloys and Compounds. – 2002. – V. 330- 332. – P. 902-906. DOI: 10.1016/S0925-8388(01)01648-6.
26. Yukawa, H. A new concept for alloy design of Nb–based hydrogen permeable alloys with high hydrogen permeability and strong resistance to hydrogen embrittlement / H. Yukawa, M. Morinaga, T. Nambu, Y. Matsumoto // Materials Science Forum. – 2010. – V. 654-656. – P. 2827-2830. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.654-656.2827.
27. Yan, E. Changes in microstructure, solidification path and hydrogen permeability of Nb–Hf–Co alloy by adjusting Hf Co / ratio / E. Yan, L. Sun, F. Xu, et al. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – V. 41. – I. 3. – P. 1391-1400. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.023.
28. Polukhin, V.A. Formation of a intermediate order in metallic glasses and a long order in nanocrystalline alloys with allowance for the character of binding and the transformation of the short order in a melt / V.A. Polukhin, E.D. Kurbanova, N.A. Vatolin // Russian Metallurgy (Metally). – 2018. – V.2018. – I. 2. – P. 95-109. DOI: 10.1134/S0036029518020167.
29. Wang, Y.I. Direct measurement of hydrogen diffusivity through Pd–coated Ni–based amorphous metallic membranes / Y.I. Wang, J.Y. Suh, Y.S. Lee, et al. // Journal of Membrane Science. – 2013. – V. 436. – P. 195-201. DOI: 10.1016/j.memsci.2013.02.040.
30. Belyakova, R.M. Spatial arrangement of the fragmented phases in nanostructured 3d metal alloys during a change in the melt composition and cooling conditions / R.M. Belyakova, V.A. Polukhin, L.K. Rigmant // Russian Metallurgy (Metally). – 2010. – V. 2010. – I. 8. – P. 681-698. DOI: 10.1134/S0036029510080045.
31. Paglieri, S.N. Hydrogen permeability, thermal stability and hydrogen embrittlement of Ni–Nb–Zr and Ni–Nb–Ta–Zr amorphous alloy membranes / S.N. Paglieri, N.K. Pal, M.D. Dolan, et al // Journal of Membrane Science. – 2011. – V. 378. – I. 1-2. – P. 42-50. DOI: 10.1016/j.memsci.2011.04.049.
32. Полухин, В.А. Влияние водорода на форму функции распределения аморфного железа по данным молекулярно-динамического моделирования / В.А. Полухин, Н.А. Ватолин, Р.М. Белякова, Э.А. Пастухов // Доклады АН СССР. – 1986. – T. 287. –№ 6. – C. 1391-1394.
33. Alimov, V.N. Substitutional V–Pd alloys for the membranes permeable to hydrogen: hydrogen solubility at 150–400°C / V.N. Alimov, A.O. Busnyuk, M.E. Notkin, E.Yu. Peredistov, A.I. Livshits // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – V. 39.
– I. 4. – P. 19682-19690. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.09.122.
34. Pastukhov, E.A. Short order and transport in amorphous palladium materials / E.A. Pastukhov, N.I. Sidorov, V.A. Polukhin, V.P. Chentsov // Deffect an Diffusium Forum. – 2009. – V. 283-286. – P. 149-154. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.283-286.149.