[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2657365C1 - Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана - Google Patents

Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана Download PDF

Info

Publication number
RU2657365C1
RU2657365C1 RU2017132131A RU2017132131A RU2657365C1 RU 2657365 C1 RU2657365 C1 RU 2657365C1 RU 2017132131 A RU2017132131 A RU 2017132131A RU 2017132131 A RU2017132131 A RU 2017132131A RU 2657365 C1 RU2657365 C1 RU 2657365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
composition
powder
titanium hydride
analysis
Prior art date
Application number
RU2017132131A
Other languages
English (en)
Inventor
Денис Витальевич Чулков
Алексей Юрьевич Постников
Алексей Сергеевич Мирясов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2017132131A priority Critical patent/RU2657365C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2657365C1 publication Critical patent/RU2657365C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Использование: для определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана. Сущность изобретения заключается в том, что определение содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана состава TiHx (x<1,5) методом рентгеновской дифракции заключается в определении фазового состава анализируемого образца методом качественного рентгенофазового анализа, а также в определении массового содержания α- и δ-фаз методом количественного рентгенофазового анализа, после чего по полученной ранее калибровочной зависимости, используя массовое содержание δ- или α-фазы, определяют содержание водорода в анализируемом образце. Технический результат: обеспечение возможности определения содержания водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (х<1,5) и контроля фазового состава в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5), а также обеспечение возможности сокращения времени анализа и проведения неразрушающего контроля анализируемых образцов нестехиометрического гидрида титана. 3 ил., 1 табл.

Description

Способ относится к контрольно-измерительной технике и предназначен для определения содержания водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5). Способ может применяться для контроля технологии получения и качества порошка гидрида титана.
Согласно фазовой диаграмме титан-водород (см. фиг. 1) гидрид титана состава TiHx (x<1,5) содержит следующие кристаллические фазы [Numakura, Н. Neutron diffraction study of the metastable у titanium deuteride / H. Numakura, M. Koiwa, H. Asano, F. Izumi. // ActaMetallurgica. 1988. Vol. 36. №8. P. 2267-2273 (1)]:
α - твердый раствор в гексагональной решетке титана;
δ - гидрид титана с ГЦК решеткой (а.о. H/Ti≈1,5).
В данной области также обнаруживается мета стабильная γ-фаза - гидрид титана (а.о. H/Ti=1) с тетрагональной решеткой (с/а≈1.09).
В настоящее время содержание водорода в порошке гидрида титана определяют волюмометрическим методом путем сплавления порошка с медью при температуре около 900°C в вакуумной установке и определением объема выделившегося газа [Гидриды металлов. Под редакцией В. Мюллера, Д. Блэкледжа и Дж. Либовица. Перевод с англ. В.А. Бутова. В.П. Калинина. Ф.И. Тазетдинова и А.С. Черникова. - М.: Атомиздат. 1973. С. 53]. Недостатком данного метода является то, что образец при проведении анализа сплавляется с медью и не может использоваться для дальнейших исследований.
Известен также способ определения содержания водорода на основе построения калибровочной зависимости плотности гидрида титана (определяемой пикнометрическим методом) от газосодержания [Гидрида металлов. Под редакцией В. Мюллера, Д. Блэкледжа и Дж. Либовица. Перевод с англ. - М.: Атомиздат, 1973. С. 299]. Недостатком данного способа является низкая точность определения газосодержания, обусловленная большими погрешностями в определении плотности порошковых материалов. Для проведения данного анализа необходимо достаточно большое количество порошка. Кроме того, данный способ характеризуется длительностью проведения анализа.
При изготовлении гидрида титана состава TiHx (<1,5) могут быть получены образцы в неравновесном химическом состоянии, что может привести к вариациям фазового состава. В этом случае контроль качества порошка гидрида титана путем определения содержания водорода является недостаточным.
При патентно-информационном поиске не выявлены источники информации, в которых описаны способы одновременного определения содержания водорода и фазового состава нестехиометрического гидрида титана.
Задачей настоящего изобретения является неразрушающий контроль газосодержания и фазового содержания порошка гидрида титана состава TiHx (x<1,5).
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего способа, заключается в следующем:
- определение содержания водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (х<1,5);
- контроль фазового состава в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5) путем определения массового содержания α- и δ-фаз (возможно γ-фазы);
- возможность сокращения времени анализа, проведения экспресс-анализа для контроля фазового состава;
- неразрушающий контроль анализируемых образцов нестехиометрического гидрида титана.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предлагается способ определения содержания водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5) методом рентгеновской дифракции, заключающийся в определении фазового состава анализируемого образца методом качественного рентгенофазового анализа, определении массового содержания α- и δ-фаз методом количественного рентгенофазового анализа, затем по полученной ранее калибровочной зависимости, используя массовое содержание δ- или α-фазы, определяют содержание водорода в анализируемом образце.
Согласно фазовой диаграмме титан-водород (см. фиг. 1) при комнатной температуре и давлении 0,1 МПа гидрид титана состава TiHx (x<1,5) содержит следующие кристаллические фазы [1];
α - твердый раствор в гексагональной решетке титана;
δ - гидрид титана с ГЦК решеткой (а.о. Н/Ti≈1,5).
При определенных экспериментальных режимах получения нестехиометрического гидрида титана в данной области также обнаруживается метастабидьная γ-фаза - гидрид титана (а.о. H/Ti=1) с тетрагональной решеткой (с/а≈1,09).
Для построения калибровочной зависимости должны быть получены образцы гидрида титана состава TiHx (x<1,5) в состоянии, близком к химическому равновесию, т.е. содержать α-фазу и δ-фазу (а.о. H/Ti≈1,5). Допускается наличие низкого содержания γ-фазы (менее 1 мас. %). Количественный рентгенофазовый анализ полученных образцов рекомендуется проводить методом Ритвельда [Rietveld. Н.М. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures / H.M. Rietveld // Journal of Applied Crystallography. 1969. Vol. 2. P. 65; Young, R.A. The Rietveld Method / R.A. Young - New York: International Union of Crystallography Oxford University Press, 1996]. По результатам анализа определяют массовое содержание α- и δ-фаз. Затем зависимость массового содержания δ-фазы (или α-фазы) от газосодержания аппроксимируют линейной функцией для получения калибровочной кривой.
Далее определяют фазовый состав анализируемого образца гидрида титана методом качественного рентгенофазового анализа, затем массовое содержание α- и δ-фаз (допускается присутствие низкого содержания γ-фазы) методом количественного рентгенофазового анализа. По полученной ранее калибровочной зависимости, используя массовое содержание δ- или α-фазы в анализируемом образце, определяют газосодержание. Заявляемый способ анализа позволяет осуществлять неразрушающий контроль анализируемых образцов и использовать их для дальнейшего исследования.
На фиг. 1 приведена фазовая диаграмма системы титан-водород (0,1 МПа).
На фиг. 2 приведена зависимость массового содержания δ-фазы от газосодержания дейтерида титана состава TiDx (х<1,5) (у=0,300х-3,37; R=0,9998, Р=0,95).
На фиг. 3 приведена зависимость массового содержания α-фазы от газосодержания дейтерида титана состава TiDx (x<1,5) (у=-0(301x+103,32; R=0.9998, Р=0,95).
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
На лабораторной вакуумной установке типа Сивертса получают 5-10 порошковых образцов гидрида титана состава TiHx (x<1,5) массой 1,0 г каждый. Методом волюмометрического анализа определяют газосодержание образцов, используя навески массой 0.5 г.
Для проведения рентгенофазового анализа навески образцов массой 0,5 г истирают пестиком в агатовой ступке в дисперсионной среде (например, гексане) в течение примерно 5 минут. После высыхания каждого образца навеску массой 0,15 г наносят на кювету для съемки, добавляют 4-5 капель этилового спирта, разравнивают для формирования гладкой поверхности. После высыхания устанавливают кювету для съемки в держатель образцов гониометра рентгеновского дифрактометра и проводят регистрацию дифрактограммы в области дифракционных углов 30-45° 2θ (рентгеновское CuKα1,2 излучение). Методом качественного рентгенофазового анализа проводят анализ фазового состава - исследуемого образца. При обнаружении неравновесного состояния, обусловленного, например, наличием следующего набора фаз:
- α-фаза и δ-фаза (а.о. H/Ti>1,5);
- α-фаза, δ-фаза (а.о. H/Ti≈1,5) и δ-фаза (а.о. H/Ti>1,5) и др.
Образец должен быть забракован и не использоваться для дальнейшего анализа.
В случае идентифицирования α- и δ- (a.o. H/Ti≈1,5) фаз (допускается присутствие низкого содержания γ-фазы - менее 1 мас. %) проводят регистрацию дифрактограммы в области дифракционных углов 30-150 °2θ (рентгеновское CuKα1.2 излучение). Методом количественного рент генофазового анализа (рекомендуется использовать метод Ритвельда) определяют массовое содержание α- и δ-фаз (возможно γ-фазы). Для проведения количественного анализа проводят три параллельных определения с использованием трех различных навесок образца по 0,15 г каждая. Но результатам трех определений рассчитывают среднее арифметическое и среднее квадратическое отклонение массового содержания α- и δ-фаз. Строят зависимости массового содержания α- и δ-фаз от газосодержания. Методом взвешенных наименьших квадратов аппроксимируют экспериментальные точки линейной функцией. В качестве весов используют значения обратные дисперсиям соответствующих параметров. По результатам аппроксимации определяют коэффициенты линий регрессии. К примеру, на фиг. 2 и 3 представлены калибровочные зависимости массового содержания α- и δ-фаз от газосодержания дейтерида титана состава TiDx (х<1,5).
Любую из полученных калибровочных зависимостей используют для определения газосодержания анализируемых образцов следующим образом. Вновь полученный образец массой 0,5 г истирают пестиком в агатовой ступке в дисперсионной среде (например, гексане) в течение примерно 5 минут. После высыхания образца навеску массой 0,15 г наносят на кювету для съемки, добавляют 4-5 капель этилового спирта, разравнивают для формирования гладкой поверхности. После высыхания устанавливают кювету для съемки в держатель образцов гониометра рентгеновского дифрактометра и проводят регистрацию дифрактограммы в области дифракционных углов 30-45° 2θ (рентгеновское CuKα1,2 излучение). Методом качественного рентгенофазового анализа проводят экспресс-анализ фазового состава исследуемого образца. При обнаружении неравновесного состояния, обусловленного, например, наличием следующего набора фаз:
- α-фаза и δ-фаза (а.о. Н/Ti>1,5);
- α-фаза, δ-фаза (а.о. H/Ti≈1,5) и δ-фаза (а.о. Н/Ti>1,5) и др. анализируемый образец должен быть забракован.
В случае идентифицирования α- и δ-(a.o. H/Ti≈1,5) фаз (допускается присутствие низкого содержания γ-фазы) проводят регистрацию дифрактограммы в области дифракционных углов 30-150° 2θ (рентгеновское CuKα1,2 излучение). Затем методом количественного рентгенофазового анализа определяют массовое содержание α- и δ-фаз (возможно γ-фазы). Для проведения количественного анализа используют две различные навески образца по 0,15 г каждая. По результатам двух определений рассчитывают средние арифметические значения массового содержания α- и δ-фаз (возможно γ-фазы). Таким образом осуществляют контроль фазового состава порошка гидрида титана состава TiHx (x<1,5). Используя полученные значение массового содержания α- или δ-фаз, определяют газосодержание анализируемого образца по одной из полученных ранее калибровочных зависимостей. Таким образом определяют содержание водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5).
Для сокращения времени анализа в составе дифрактометра используют позиционно-чувствительный детектор для регистрации рентгеновских квантов. Так, с использованием детектора Mythen 1K [Bergamasehi, A. The MYTHEN detector for X-ray powder diffraction experiments at the Swiss Light Source / A. Bergamasehi. A. Cervellino, R. Dmapoli, F. Gozzo, B. Henrich, I. Johnson, P. Kraft, A. Mozzanica, B. Schmitt, X. Shi // Journal of Synchrotron Radiation. 2010. Vol. 17. P. 653-668 (2)], применяя заявленный способ, возможно сокращение времени определения газосодержания примерно в 3 раза по сравнению с волюмометрическим методом (вместо 7 часов - 2 часа) и в 2-3 раза но сравнению циклометрическим методом (вместо 4-7 часов - 2 часа).
При проведении волюмометрического анализа образец сплавляется с медью и не может использоваться для дальнейших исследований. Преимуществом заявленного способа является возможность проведения неразрушающего контроля. Это является актуальным в том случае, если контакт порошка со средой воздуха и измельчение в дисперсионной среде в процессе пробоподготовки не будет влиять на дальнейшее применение материала, например, для исследования влияния экспериментальных условий термической обработки на фазовый состав материала, исследования микроструктуры (тонкой структуры) порошка методом рентгеновской дифракции и т.п.
Проведена опытная отработка заявляемого способа для определения газосодержания в порошке дейтерида титана состава TiDx (x<1,5). С этой целью на лабораторной вакуумной установке типа Сивертса было получено пять образцов дейтерида титана путем частичного обезгаживания дейтерида титана (фракции менее 100 мкм) при 600°C и последующего охлаждения со скоростью 5°С/мин. Полученные образцы истирали пестиком в агатовой ступке в гексане в течение 5 мин. Проведен экспресс-анализ фазового состава обоих образцов в течение 10 мин каждый. По результатам качественного рентгенофазового анализа во всех образцах идентифицированы α- и δ-фазы, а также γ-фаза с низким содержанием. Количественный рентгенофазовый анализ анализируемых образцов проводили методом Ритвельда. По результатам двух параллельных определений определили массовое содержание α-, δ- и γ-фаз. Впоследствии, используя калибровочные кривые фиг. 2 или 3, определяли газосодержание образцов. Результаты анализа образцов с использованием заявляемого способа представлены в таблице 1.
Figure 00000001
Для регистрации рентгеновских квантов использовали микростриповый позиционно-чувствительный детектор Mythen 1К [2]. При этом время полного анализа (два параллельных определения) каждого образца составило 2 часа, что примерно в 3 раза меньше по сравнению с волюметрическим методом и в 2-3 раза меньше по сравнению с пикнометрическим. Применение анализа заявленным способом позволило сохранить образцы и использовать их для дальнейшего исследования.
Результаты, представленные в таблице 1, подтверждают достижение технического результата с применением заявляемого способа:
- определено содержание водорода в порошке гидрида титана состава TiHx (x<1,5), полученные результаты согласуются с результатом волюмометрического метода;
- проведен контроль фазового состава в порошке дейтерида титана состава TiHx (x<1,5) путем определения массового содержания α-, δ- и γ-фаз;
- возможность сокращения времени анализа, проведения экспресс-анализа для контроля фазового состава;
- неразрушающий контроль анализируемых образцов нестехиометрического гидрида титана.

Claims (1)

  1. Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана состава TiHx (x<1,5) методом рентгеновской дифракции, заключающийся в определении фазового состава анализируемого образца методом качественного рентгенофазового анализа, определении массового содержания α- и δ-фаз методом количественного рентгенофазового анализа, затем по полученной ранее калибровочной зависимости, используя массовое содержание δ- или α-фазы, определяют содержание водорода в анализируемом образце.
RU2017132131A 2017-09-13 2017-09-13 Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана RU2657365C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132131A RU2657365C1 (ru) 2017-09-13 2017-09-13 Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132131A RU2657365C1 (ru) 2017-09-13 2017-09-13 Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657365C1 true RU2657365C1 (ru) 2018-06-13

Family

ID=62620328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132131A RU2657365C1 (ru) 2017-09-13 2017-09-13 Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657365C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100061925A1 (en) * 2006-09-07 2010-03-11 Wonsik Lee Manufacturing method for titanium hydride powders
RU2414331C2 (ru) * 2009-04-13 2011-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения порошка нестехиометрического гидрида титана с заданным содержанием водорода
RU2488099C1 (ru) * 2011-12-29 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Способ рентгеноструктурного контроля детали
EP3098885A1 (en) * 2014-01-22 2016-11-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Titanium material or titanium alloy material that have surface conductivity, fuel cell separator using same, and fuel cell
RU2614023C1 (ru) * 2015-11-05 2017-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ неразрушающего контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев методом рентгеноструктурного анализа

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100061925A1 (en) * 2006-09-07 2010-03-11 Wonsik Lee Manufacturing method for titanium hydride powders
RU2414331C2 (ru) * 2009-04-13 2011-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения порошка нестехиометрического гидрида титана с заданным содержанием водорода
RU2488099C1 (ru) * 2011-12-29 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Способ рентгеноструктурного контроля детали
EP3098885A1 (en) * 2014-01-22 2016-11-30 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Titanium material or titanium alloy material that have surface conductivity, fuel cell separator using same, and fuel cell
RU2614023C1 (ru) * 2015-11-05 2017-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ неразрушающего контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев методом рентгеноструктурного анализа

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Под редакцией В. Мюллера, Д. Блэкледжа и Дж. Либовица, Гидрида металлов, Перевод с англ., М.: Атомиздат, 1973, с. 299. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Evaluation of kinetic effects on clumped isotope fractionation (Δ47) during inorganic calcite precipitation
CN109856176B (zh) 基于nmr和ltna的致密储层全尺寸孔隙定量表征方法
AU2016203093A1 (en) A method for 3D mineral mapping of a rock sample
Marquardt et al. Experimental elasticity of Earth’s deep mantle
Laptev et al. Positron annihilation spectroscopy of defects in commercially pure titanium saturated with hydrogen
Takeya et al. Diffraction-enhanced X-ray imaging under low-temperature conditions: non-destructive observations of clathrate gas hydrates
RU2580174C1 (ru) Способ определения пористости образца породы
RU2657365C1 (ru) Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана
Fratini et al. Dynamic scaling of quasielastic neutron scattering spectra from interfacial water
CN106168583B (zh) 测定zsm-23分子筛相对结晶度的方法
Fan et al. The thermal equation of state of (Fe0. 86Mg0. 07Mn0. 07) 3Al2Si3O12 almandine
Sakamaki Density of jadeite melts under high pressure and high temperature conditions
Lipinski et al. Measurement of sorption phenomena near dew points of fluid mixtures: concept for the combination of gravimetric sorption analysis and Raman spectroscopy
CN102323284A (zh) 一种x射线荧光光谱定量分析的装置及方法
Moritz et al. Development of a new densimeter for the combined investigation of dew-point densities and sorption phenomena of fluid mixtures
de Burgh et al. Experimental study of temperature effects on water vapour sorption and moisture transport phenomena
Lider et al. Monitoring the changes in titanium defect structure during titanium hydrogen saturation
Maliński et al. Numerical Analysis of Piezoelectric Spectra of Zn 1-xy Be x Mn y Se Mixed Crystals
Kajcsos et al. Positronium trapping in porous solids: means and limitations for structural studies
Barnes et al. A critical analysis of the application of derivative thermogravimetry to the determination of the degree of conversion of high alumina cement
Rao et al. Thermal Expansion of Alkali Halides by Gamma-Ray Attenuation
EP4177599A1 (en) Adsorption chamber with removable sample holders for x-ray measurements
Golovin et al. Damping of some aluminium foams at low amplitudes
Badawi et al. Study the effect of plastic deformation in 8006 Al-alloys by Positron lifetime spectroscopy, Vickers hardness and X-ray diffraction
Badawi Detecting defects in aircraft materials by nuclear technique (PAS)