Проведен анализ исследований мембранных сплавов TaNb и TaW 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 TaNb и TaW превышала таковую палладиевых, измеренной при тех же условиях испытаний. An analysis of studies of membrane alloys TaNb and TaW was carried out with an estimation of their characteristics - thermal stability, strength - by measuring microhardness, matrix structure - by X-ray analysis, as well as the dynamics of hydrogen - diffusion (theoretically) and permeability (experimentally). The efficiency of the hydrogen separation/purification using the TaNb and TaW alloys was higher than that of palladium, measured under the same test conditions.

Исследована кинетика проницаемости и диффузии водорода в гидрированых мембранных сплавах на основе Fe и Ni, обладающих функциональными характеристиками, конструкционной прочностью и термостабильностью, и являющихся многообещающей альтернативой дорогим палладиевым сплавам. Изучены прочностные характеристики, термостабильность и устойчивость к водородному охрупчиванию. Рассмотрены механизмы структурирования, диффузии и проницаемости водорода в кристаллическом, аморфном, нанокристаллическом состояниях. Для мембранных сплавов особо важным аспектом является сочетание в открытых структур (аморфных и ОЦК), в то время как для аккумулирования водорода, помимо каналов транспорта (диффузии и проницаемости) также необходимы и высокоплотные интерметаллидные кластеры. Отмечено, что при длительной эксплуатации вследствие возникновения плотных кластерных конфигураций среднего упорядочения, сокращающих диффузионные каналы, начинается снижение через них транспорта водорода. The kinetics of hydrogen permeability and diffusion in hydrogenated membrane alloys based on Fe and Ni have been investigated, which have functional characteristics, structural strength and thermal stability, and are a promising alternative to expensive palladium alloys. The strength characteristics, thermal stability and resistance to hydrogen embrittlement have been studied. The mechanisms of structuring, diffusion and permeability of hydrogen in crystalline, amorphous, nanocrystalline states are considered. For membrane alloys, a particularly important aspect is the combination in open structures (amorphous and bcc), while for hydrogen accumulation, in addition to transport channels (diffusion and permeability), high-density intermetallic clusters are also required. It is noted that, during long-term operation, due to the appearance of dense cluster configurations of intermediate ordering, which shorten the diffusion channels, the transport of hydrogen through them begins to decrease.

В статье представлены как молекулярно-динамические расчеты бинарных сплавов Fe-Ni, так и экспериментальные исследования легированных Ti и Co нанокристаллических сплавов с матричной структурой B2-Ti(Fe, Co) и эвтектическими фазами ОЦК-(Nb, Ti) и B2-Ti(Fe, Co). Исследованы структуры мембранных сплавов и на основе Fe-Ni (расположение атомов в координационных полиэдрах и межатомные расстояния между атомами), а также кинетики водорода - диффузии и проницаемости. Показано, что в мембранах легированных сплавов с замещением Ni кобальтом FeCoTiNb с превышением доли Fe, чем у кобальта - в фазе B-TiFe проявляется механическая хрупкость, а также снижается пластичность фазы B. При этом ослабляется и устойчивость к росту водородного поглощения, - вплоть до механического разрушения мембран - так что в высокоэнтропийных сплавах FeNiCrCoMn, FeCoCr TiAl содержится Fe и Co в равных долях. Перспективны и другие интерметаллидные сплавы, имеющие более сложные составы с высокой или умеренной энтропией, к примеру - ZrTiNbVCo и ZrTiTaVCo. Эти сплавы помимо мембранного выделения водорода обладают и аккумулирующими свойствами. В рамках молекулярной динамики представлен эффект деформационного упрочнения мембранных ВЭС сплавов - механизма синергии с многократной деформацией. В результате такого упрочнения происходит частичная трансформация аустенитной фазы в мартенситную с образованием двойникования в их зернах ГЦК/ГПУ и формированием двухфазной матричной структуры. The article presents both molecular dynamics calculations of binary Fe-Ni alloys and experimental studies of Ti and Co alloyed nanocrystalline alloys with a B2-Ti(Fe, Co) matrix structure as well as bcc-(Nb, Ti) and B2- eutectic phases Ti(Fe, Co). The structures of membrane alloys based on Fe-Ni (arrangement of atoms in coordination polyhedra and interatomic distances between atoms), as well as the kinetics of hydrogen - diffusion and permeability have been studied. It is shown that in the membranes of alloyed alloys with the substitution of Ni for cobalt FeCoTiNb, with an excess of Fe than for cobalt, mechanical brittleness is manifested in the B2-TiFe phase, and the plasticity of the B2 phase also decreases. At the same time, the resistance to an increase in hydrogen absorption is also weakened, up to mechanical destruction of membranes, so that in high-entropy alloys FeNiCrCoMn, FeCoCr TiAl Fe and Co in equal parts. Other intermetallic alloys are also promising, having more complex compositions with high or moderate entropy, for example, ZrTiNbVCo and ZrTiTaVCo in addition to hydrogen evolution, also have storage properties. Within the framework of molecular dynamics, the effect of strain hardening of membrane HEA alloys is experimentally presented - the mechanism of synergy with multiple deformation. As a result of such hardening, a partial transformation of the austenitic phase into a martensite phase occurs with the formation of twinning in their fcc/hcp grains and the formation of a two-phase matrix structure.

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, NbTiNi и VTiNi. С формированием в указанных составах соединений NiTi и NiTi образование гидридов блокируется даже при нагреве, благодаря устойчивым процессам водородной селективности. To obtain ultrapure hydrogen by membrane technology, instead of expensive membranes made of Pd alloys, cheaper ones based on metals (Nb - Ni) and (V - Ni) are considered. Due to alloying of these Ti alloys, the performance of the membranes increased - diffusion and permeability of hydrogen, wear resistance and thermal stability, exceeding the Pd alloys. For crystalline analogs, the problem was also solved by increasing the Ti concentration with the formation of eutectic phases in ternary alloy compositions (NbTiNi and VTiNi). Hydrogen accumulated in membrane matrices forms specific polyhedral eutectic TCP hydrides up to phase transitions, and upon cooling from 673 to 303K under conditions of thermal expansion from 473 to 673K, it increases the temperature of P-hydride formation and forms NiTi and NiTi compounds, which stabilize and protect nano- and crystalline membranes from brittle destruction.

No abstract