Анализ характеристик мембранных сплавов на основе Nb – Ni и V – Ni
Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин
ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.552
Оригинальная статья
Аннотация: Для получения сверхчистого водорода мембранной технологией вместо дорогостоящих сплавов Pd рассмотрены более дешёвые на основе металлов Nb и V . Накапливаемый в матрицах обычных мембран водород формирует специфические полиэдрические плотноупакованные гидридные образования особенно с повышение температур от 473 до 673 К и риском разрушения мембран. Благодаря легированию титаном этих сплавов повысились рабочие характеристики мембран: диффузия и проницаемость водорода, прочность, износоустойчивость и термостабильность. В кристаллических аналогах проблема образования гидридов также была решена повышением концентрации Ti с формированием эвтектических фаз в тройных составах сплавах, например, Nb85-xTixNi15 и V85-xTixNi15. С формированием в указанных составах соединений NiTi и NiTi2 образование гидридов блокируется даже при нагреве, благодаря устойчивым процессам водородной селективности.
Ключевые слова: легирование Ti, тройные сплавы Nb–Ni–Ti, V–Ni–Ti, гидрирование, абсорбция, диффузия, водородопроницаемость, формирование фазы, гидриды Me–H, охрупчивание, дуплексная матричная микроструктура
- Белякова Римма Михайловна – к.т.н., старший научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
- Курбанова Эльмира Джумшудовна – к.х.н., научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
- Полухин Валерий Анатольевич – д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Белякова, Р.М. Анализ характеристик мембранных сплавов на основе Nb – Ni и V – Ni / Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 552-561. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.552.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Fontana, A.D. Hydrogen permeation and surface properties of PdAu and PdAgAu membranes in the presence of CO , CO2 and H2S / 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.
2. Polukhin, V.A. Presolidification changes in the structural–dynamic characteristics of glass-forming 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.
3. Li, X. Design of (Nb,Mo)40Ti30Ni30 alloy membranes for combined enhancement of hydrogen permeability and embrittlement resistance / X. Li, X. Liang, D. Liu et al. // Scientific Reports. – 2017. – V. 7. – Art. № 209. – 11 p. DOI: 10.1038/s41598-017-00335-0.
4. Suzuki, A. A Review for consistent analysis of hydrogen permeability through dense metallic membranes / A. Suzuki, H.A. Yukawa // Membranes. – 2020. – V. 10. – I. 6. – Art. № 120. – 20 p. DOI: 10.3390/membranes10060120.
5. Sarker, S. Icosahedra clustering and short range order in Ni–Nb–Zr amorphous membranes / S. Sarker, D. Isheim, G. King et al. // Scientific Reports. – 2018. – V. 8. – Art. № 6084. – 14 p. DOI: 10.1038/s41598-018- 24433-9.
6. Li, X. Changes in microstructure, ductility and hydrogen permeability of Nb–(Ti,Hf)Ni alloy membranes by the substitution of Ti by Hf / X. Li, D. Liu, R. Chen et al. // Journal of Membrane Science. – 2015. – V. 484. – P. 47-56. DOI: 10.1016/j.memsci.2015.03.002.
7. Yan, E. Design of hydrogen permeable Nb–Ni–Ti alloys by correlating the microstructures, solidification paths and hydrogen permeability / E. Yan, X. Li, M. Rettenmayr et al. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – V. 39. – I. 7. – P. 3505-3516. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.12.060.
8. Jiang, P. Effect of partial Ni substitution in V85Ni15 by Ti on microstructure, mechanical properties and hydrogen permeability of V– based bcc alloy membranes. / P. Jiang, B. Sun, H. Wang et al. // Materials Research Express. – 2020. – V. 7. – Art. № 066505. – 11 p. DOI: 10.1088/2053-1591/ab98ca.
9. Luo, W. Hydrogen permeable Ta–Ti–Ni duplex phase alloys with high resistance to hydrogen embrittlement / W. Luo, K. Ishikawa, K. Aoki // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – V. 460. – I. 1-2. – P. 353-356. DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.06.061.
10. Dai, Y. Glass-forming region of the Ni–Nb–Ta ternary metal system determined directly from n– body potential through molecular dynamics simulations / Y. Dai, J.H. Li, X.L. Che, B.X. Liu // Journal of Materials Research. – 2009. – V. 24. – I. 5. – P. 1815-1819. DOI:10.1557/jmr.2009.0198.
11. Mendelev, M.I. Molecular dynamics simulation of diffusion in supercooled Cu–Zr alloys / M.I. Mendelev, M.J. Kramer, R.T. Ott, D.J. Sordelet // Philosophical Magazine. – 2009. – V. 89. – I. 2. – P. 109-126. DOI: 10.1080/14786430802570648.
12. Polukhin, V.A. Hydrogenation of deeply cooled melts as an effective method for amorphization and control of the structure of alloys based on d– metals / V.A. Polukhin, E.D. Kurbanova, R.M. Belyakova // Metal Science and Heat Treatment. – 2021. – V. 63. – I. 1-2. – P. 3-10. DOI: 10.1007%2Fs11041-021-00639-z.
13. Polukhin, V.A. Stability and thermal evolution of transition metal and silicon clusters / V.A. Polukhin, N.A. Vatolin // Russian Chemical Reviews. – 2015. – V. 84. – I. 5. – P. 498-539. DOI: 10.1070/RCR4411.
14. Suryanarayana, C. Bulk metallic glasses / C. Suryanarayana, A. Inoue. – 2nd ed. – Boca Raton, London, New York: CRC Press, 2017. – 542 p. DOI: 10.1201/9781315153483.
15. Ding, H.Y. Hydrogen permeable Nb– based amorphous alloys with high thermal stability materials transactions / H.Y. Ding, W. Zhang, S.I. Yamaura, K.F. Yao // Materials Transactions. – 2013. – V. 54. – I. 8. – P. 1330-1334. DOI: 10.2320/matertrans.MF201310.
16. Полухин, В.А. Моделирование разупорядоченных и наноструктурированных фаз / В.А. Полухин, Н.А. Ватолин. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2011. – 462 с.
17. Palumbo, O. New studies of the physical properties of metallic amorphous membranes for hydrogen purification / O. Palumbo, F. Trequattrini, S. Suchismita et al. // Challenges. Special Issue: Selected papers from Thematic Meeting «Materials for Energy». – 2017. – V. 8. – I. 1. – Art. № 4. – 12 p. DOI: doi.org/10.3390/challe8010004.
18. Белякова, Р.М. Влияние гидридов Ti–H на межатомные взаимодействия и характеристики легированных Ti мембранных сплавов на основе V–Ni / Р.М. Белякова, В.А. Пивень, Н.И. Cидоров и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 74-85. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.074.
19. Черняева, Т.П. Водород в цирконии. Часть 1 / Т.П. Черняева, А.В. Остапов // Вопросы атомной науки и техники. – 2013. – № 5 (87). – C. 16-32.
20. Luo, W. Hydrogen permeability in Nb–Ti–Ni alloys containing much primary (Nb,Ti) phase / W. Luo, K. Ishikawa, K. Aoki // Materials Transactions. – 2005. – V. 46. – № 10. – P. 2253-2259. DOI: 10.2320/matertrans.46.2253.
21. 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.
22. Veleckis, E. Thermodynamic properties in the systems vanadium-hydrogen, niobium-hydrogen, and tantalum- hydrogen / E. Veleckis, R.K. Edwards // The Journal of Physical Chemistry. – 1969. –V. 73. – № 3. – P. 683-692. DOI: 10.1021/j100723a033.
23. Voyt, A. Hydrogen solubility in V85Ni15 alloy / A. Voyt, N. Sidorov, I. Sipatov et al. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – V. 42. – I. 5. – P. 3058-3061. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.10.033.
24. Sipatov, I.S. Hydrogen permeability and structure of vanadium alloy membranes / I.S. Sipatov, N.I. Sidorov, E.A. Pastukhov et al. // Petroleum Chemistry. – 2017. – V. 57. – I. 6. – P. 483-488. DOI: 10.1134/S096554411706010X.
25. Pastukhov, E.A. Short order and transport in amorphous palladium materials / E.A. Pastukhov, N.I. Sidorov, V.A. Polukhin, V.P. Chentsov // Defect and Diffusion Forum. – 2009. – V. 283-286. – P. 149-154. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.283-286.149.
26. Galashev, A.E. Computer-assisted study of silver absorption by porous silicon dioxide nanoparticles / A.E. Galashev, V.A. Polukhin // Colloid Journal. – 2011. – V. 73. – I. 6. – P. 761-767. DOI: 10.1134/S1061933X11050036.
27. 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.