Методика отримання наноструктурного стану сплавів на основі цирконію на установці кульового помолу :: НВК ВДЕРТ

Методика отримання наноструктурного стану сплавів на основі цирконію на установці кульового помолу


Сучасна енергетика, заснована на традиційному вуглеводневому паливі, відчуває дефіцит сировинних ресурсів. Тому пошук альтернативних відновлюваних і екологічно чистих джерел, здатних забезпечити людство енергією у найближчій перспективі, є актуальним завданням сучасної науки. Одним із найбільш перспективних кандидатів на заміну органічного палива є водень. Використання водню для отримання енергії призводить до різкого зниження забруднення навколишнього середовища, оскільки при згорянні водню у кисні токсичні викиди повністю відсутні, а продуктом реакції є вода.

Для широкого переходу до водневої енергетики необхідно вирішити низку наукових і технологічних проблем, однією з яких є зберігання водню. Одним із найперспективніших методів накопичення і зберігання водню є металогідридна технологія, тобто накопичення водню у сплавах-накопичувачах з подальшим його виділенням при нагріванні сплаву. Найбільш перспективними є матеріали, у структурі яких присутні нанорозмірні кластерні елементи.

Запропоновано використовувати метод високоеенергетичного помолу для створення наноструктурного стану у сплавах на основі цирконію.

Робота виконана на експериментальній базі ІФТТМТ ННЦ ХФТІ.

Модернізована установка кульового помолу

	Для здійснення високоеенергетичного помолу була використана кульова млин, зовнішній вигляд якої показано на рис. 1.

Рисунок 1 – Водоохолоджувана високоеенергетична кульова млин

	Запропоновано проводити помол у середовищі нейтрального газу – аргону. З цією метою був розроблений і виготовлений спеціальний герметичний контейнер, зовнішній вигляд якого представлено на рис. 2.

Рисунок 2 – Контейнер зі снопами та системою напуску

Підготовка зразків

	Як вихідний матеріал для проведення експериментів з помолу було обрано сплав ZrV₂. Цей сплав перспективний для накопичення водню, а його властивості у звичайному полікристалічному стані добре вивчені.

	Зразок матеріалу був виплавлений у дуговій печі в атмосфері чистого аргону з використанням вольфрамового електрода. Металографічний аналіз показав, що злиток має типову дендритну структуру (див. рис. 3) з розміром гілок дендритів близько 5…10 мкм.

Рисунок 3 – Металографія зразка ZrV₂

Методика кульового помолу

	Для здійснення помолу стрічки сплаву ZrV₂ завантажувалися у контейнер млина разом із набором куль різного діаметра (2…5 мм). Потім через систему напуску відкачували повітря і напускали аргон до тиску 1,1 атм.

	Швидкість обертання млина становила близько 480 обертів на хвилину.

	Помол проводився у два етапи. Після першого етапу, що тривав 30 хвилин, у контейнер через систему напуску був влитий спирт, що дозволило вилучити частину отриманої в результаті помолу фракції порошку (фракція 1). Потім був виконаний другий етап помолу залишку матеріалу у контейнері, що тривав протягом 2 годин у спирті. В результаті була отримана дрібнодисперсна фракція порошку ZrV₂ (фракція 2, рис. 4).

Рисунок 4 – Зовнішній вигляд зразка ZrV₂ після помолу (фракція 2)

Результати структурних досліджень

	Дані сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ) помеленого ZrV₂ наведені на рис. 5.

Рисунок 5 – Мікроструктура отриманих у кульовій млині дисперсних частинок порошку ZrV₂. СЕМ ×1000 (а) і ×2000 (б), ×4000 (в), ×5500 (г)

	Результати проведених дифрактометричних досліджень зразків ZrV₂ після помолу у кульовій млині (див. рис. 6) показали, що отримані фракції порошку або рентгеноаморфні, або розмір кристалітів (областей когерентного розсіювання) у них менше, ніж 15 нм.

Рисунок 5 – Дифрактограми зразків сплаву ZrV₂ після помолу у кульовій млині: (а) фракція 1; (б) фракція 2