Композиційний матеріал, що не руйнується при гідруванні

Композиційний матеріал, що не руйнується при гідруванні, який складається з пластичної матриці та пористих включень, що гідруються, який відрізняється тим, що пластична матриця виконана з безпористих нікелю та / або Ni3Ti, a включення, що гідруються, виконані з титану в кількості 42-46 % мас. (19) (21) 20031212701 (22) 29.12.2003 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Братаніч Тетяна Іванівна, Пермякова Тетяна Володимирівна, Скороход Валерій Володимирович, Крапівка Микола Олександрович (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М. ФРАНЦЕВИЧА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1566650, 23.08.88, A1 3 71404 4 Завдяки зазначеним ознакам мікроструктура величині падіння тиску в робочому об'ємі, а також композиційного матеріала являє собою безпористу контролювали при дегідруванні об'ємним методом. матрицю із нікелю та/або Ni3Ті з рівномірно розтаНеруйнівність запропонованого композита Тішованими в ній пористими включеннями титану. В Ni та прототипу TiFe-Ni контролювали за відностакому композиційному матеріалі транспорт водню ним збільшенням об'єму композитів після дегідручерез матрицю відбувається по міжзеренним мевання у порівнянні з вихідним об'ємом. жам. Дослідження показали, що зразки із запропоЗапропонований матеріал виготовляли з литонованого матеріала Ті-Ni, який має безпористу го безпористого інтерметаліда TiNi із вмістом тинікелеву матрицю і пористі титанові включення, тану від 42 до 46% мас. шляхом його деструктивмає значно вищі питомі масову та об'ємну водненого гідрування при температурі 773К і тиску ємності у порівнянні з матеріалом-прототипом водню 1,0МПа з наступним дегідруванням гідрида TiFe-Ni при умові відсутності об'ємного росту зразтитану у вакуумі при 923К. Склад вихідного сплаву ків і збереження їх цілісності, тобто при умові неТі-Ni знаходився в межах області гомогенності руйнівного циклічного гідрування. Так, зразкиінтерметаліда TiNi згідно з діаграмою стану систепрототипи масових складів 42 TiFe - 58 Ni, 44 TiFe ми Ті-Ni [Β.Η. Єременко. Титан і його сплави. - Ви- 56 Ni та 46 TiFe - 54 Ni в умовах збереження цілідавн. АН УРСР, 1960. -с.436]. В процесі деструксності при гідруванні - дегідруванні мали питомі тивного гідрування титан вибірково гідрується із масові воднеємності відповідно 84, 86 та 92мл Н2/г TiNi до ТіН2, а також в залежності від умов утвокомпозиційного матеріала. З урахуванням 50рюються металічний нікель та/або Ni3Ti. В умовах процентної пористості їх матриць та 30-процентної нашого експеримента після деструктивного гідрупористості включень TiFe вказані композиції мали вання був одержаний композиційний матеріал питомі об'ємні воднеємності відповідно 372, 379 та ТіН2-Ni, а після дегідрування - композиційний ма404мл Н2/см3 композита. теріал Ті-Ni. В процесі нагрівання до температури Зразки із запропонованого матеріала масових деструктивного гідрування об'єм вихідного інтерскладів 42 Ti - 58 Ni, 44 Ti - 56 Ni та 46 Ti - 54 Ni металіда TiNi збільшився на 10% внаслідок термомали питомі масові воднеємності відповідно 195, пружного аустенітно-мартенситного перетворення. 206 та 217мл Н2/г композиційного матеріала. З В процесі деструктивного гідрування TiNi до ТіН2 і урахуванням безпористості нікелевої матриці та Ni об'єм титану збільшився на 25% за рахунок 25-процентної пористості титанових включень їх проникнення водню в кристалічну гратку титану. питомі об'ємні воднеємності склали відповідно Цей об'ємний ріст титанових включень компенсу1077, 1120 та 1154мл Н2/см3 композиційного матевався попереднім збільшенням об'єму TiNi при ріала. При цьому зразки збільшились в об'ємі на мартенситному фазовому перетворенні. 8% за рахунок неруйнівного аустенітноТаким чином, ми отримали композиційний мамартенситного перетворення, не мали тріщин, не теріал, який складався з безпористої нікелевої руйнувались під час гідрування - дегідрування. матриці, що не гідрується, і пористих включень Така стійкість зразків 42 Ті - 58 Ni, 44 Ті - 56 Ni та титану з пористістю 25%, що гідруються. 46 Ті - 54 Ni проти руйнування при наводнюванні Матеріал-прототип виготовляли з пористих забезпечувалась тим, що пористі включення титагранул інтерметаліда TiFe і карбонільного нікелю, ну в процесі гідрування не створювали тиску на взятого в якості метала матриці, шляхом пресубезпористу нікелеву матрицю, в якій не накопичування і наступного спікання. Його склад: 44%мас. вались руйнівні напруження. Цей ефект було досяTiFe - 50%мас. Ni. Пористість нікелевої матриці гнуто завдяки тому, що в процесі виготовлення складала 50%, пористість інтерметалідних вклюкомпозитів Ті-Ni вихідний інтерметалід TiNi у мечень - 30%, що відповідає мінімальній, заявленій в жах його гомогенності (від 42 до 46%мас. Ті) підпрототипі пористості інтерметалідних гранул. давався термопружному аустенітноСтруктура матеріала-прототипу являла собою помартенситному фазовому перетворенню, що суристу нікелеву матрицю, в якій рівномірно розтапроводжувався об'ємним ростом всього інтермешовані пористі включення інтерметаліда TiFe. таліда на 8-10%. Це компенсувало у подальшому Виготовлені таким чином запропонований маоб'ємний ріст титану при його селективному гідрутеріал та матеріал-прототип досліджували по відванні з TiNi та забезпечувало формування безпоношенню до водню (масова та об'ємна питома ристої нікелевої матриці. воднеємності). Зразки гідрувались в наступних За межами області гомогенності TiNi при конрежимах, оптимальних для гідрування титану та центрації титану, меншій від 42%мас. або більшій TiFe. Запропонований композиційний матеріал Тівід 46%мас., вихідний сплав, крім інтерметаліда Ni нагрівався у вакуумі до температури 773К з наTiNi, вміщує також відповідно інтерметаліди Ti2Ni ступною подачею водню тиском 0,1МПа та витриабо Ni3Ті, в яких термопружні аустенітномкою в цих умовах до встановлення постійного мартенситні перетворення не відбуваються. Ці тиску: досягнення максимального насичення титафази є баластними з точки зору компенсації об'єну воднем. много росту титанових включень. Тому досліджені Композит-прототип TiFe-Ni нагрівався у вакуузразки запропонованих композитів Ті - Ni з масомі до 773К з наступною подачею водню тиском вим вмістом титану 38 та 50%мас. в умовах висо6,0МПа, охолодженням до 293К та витримкою в ких показників воднеємності після гідрування вицих умовах до встановлення постійного тиску і росли в об'ємі відповідно на 13,3 та 15,2%, мали досягнення максимального насичення TiFe водсіть тріщин, частково втратили міцність, тобто понем. чали руйнуватись. Кількість поглинутого водню розраховували по Результати дослідження властивостей запро 5 71404 6 понованого матеріала та матеріала-прототипа об'ємі та не руйнувались, так як рівномірно розтазведені в таблиці. шований в нікелевій матриці титан збільшувався в З таблиці видно, що запропонований композиоб'ємі за рахунок пористості включень і не створюційний матеріал Ті-Ni з безпористою нікелевою вав тиску на матрицю. матрицею та пористими включеннями титану в Підвищена воднеємність запропонованого кількості від 42 до 46%мас. має більші питомі макомпозиційного матеріала Ті-Ni (Ni3Ti) у сукупності сову та об'ємну воднеємності у порівнянні з матез його неруйнівністю забезпечує збільшення енерріалом-прототипом відповідно в 2,3 та 2,8 разів. гоємності та коефіцієнта корисної дії сорбційного Це досягається за рахунок підвищення воднеємобладнання, в якому він використовується, зокреності включень при заміщенні інтерметаліда на ма екологічно чистих акумуляторів водню. Запрооснові титану на сам титан та за рахунок формупонований матеріал може також використовувавання в процесі деструктивного гідрування безпотись як матеріал біологічного захисту від ристої матриці. Крім того, в процесі оборотного випромінювання. гідрування запропоновані композити із вмістом титану від 42 до 46%мас. не збільшувались в Таблиця Властивості композиційних матеріалів TiFe-Ni, Ті-Ni та Ті-Ni3Ті Фазовий склад матеріала прототип Запропонований матеріал TiFe-Ni TiFe-Ni TiFe-Ni Ti-Ni Ti-Ni Ti-Ni Ti-Ni Ti-Ni Ti-NisTi Масова концентрація матриці, % мас. 58 56 54 62 58 56 54 50 71 Масова кон- Питома масова Питома об'ємна Відносне центрація воднеємність, воднеємність, збільшення включень, млН2/г комп. мН2/см3 комп. об'єму, % % мас. матеріала матеріала 42 84 372 3,0 44 86 379 0 46 92 404 0 38 176 1006 0,3 42 195 1077 0.3 44 206 1120 7,8 46 217 1154 8,8 50 236 1211 15,2 29 143 711 9,7 Ознаки руйнування Немає Немає Немає Тріщини Немає Немає Немає Тріщини Немає *Пористість включень Ті в композиційному матеріалі Ti-Ni - 25%; пористість Ni - матриці в композиційному матеріалі Ti-Ni - 0%; пористість включень TiFe в композиційному матеріалі Ti-Ni - З0%; пористість Ni - матриці в композиційному матеріалі TiFe-Ni - 30%; питома вага TiFe - 5,5г/см3 Комп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601