научная статья по теме ОСЦИЛЛИРУЮЩАЯ ВРЕМЕННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В γ-ОБЛУЧЕННОМ НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ КАРБИДЕ ТИТАНА И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ВОДОРОДА Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ОСЦИЛЛИРУЮЩАЯ ВРЕМЕННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ В γ-ОБЛУЧЕННОМ НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОМ КАРБИДЕ ТИТАНА И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ВОДОРОДА»

конструкционны!

J

УДК 539.85

осциллирующая временная зависимость внутреннего трения в у-облученном нестехиометрическом карбиде титана и влияние на нее водорода

И.Г. Хидиров, Д.И. Сотволдиев

Институт ядерной физики АН РУ, Ташкент, Узбекистан, 100214, khidirov@inp.uz

Методом ультразвукового резонанса обнаружена осциллирующая временная зависимость внутреннего трения в спеченных сплавах нестехиометрического карбида титана TiC0 50 и карбогидрида титана TiC0 50Н0 при комнатной температуре после облучения различными дозами у-квантов (104...108 Р ). Обнаруженное явление объясняется движением и взаимодействием нестабильных радиационных дефектов и дислокаций, возникших в результате облучения. На примере карбогидрида титана TiC0 50Н0 показано, что атомы водорода приводят к значительному подавлению осциллирующей временной зависимости Q-1, что может быть объяснено закреплением дислокаций атомами водорода. Дозовая зависимость установившегося внутреннего трения в облученном карбиде и карбогидриде титана в равновесном состоянии при комнатной температуре имеет немонотонный характер.

OSCILLATING TIME DEPENDENCE OF INTERNAL FRICTION IN y-IRRADIATED NONSTOICHIOMETRIC TITANIUM CARBIDE AND HYDROGEN INFLUENCE ON IT

I.G. Khidirov, D.I. Sotvoldiev

Institute of nuclear physics of AS RUz, Tashkent, Uzbekistan, 100214, khidirov@inp.uz

By ultrasonic resonance the oscillating time dependence of internal friction is found out in sintered alloys of nonstoichiometric titanium carbide TiC0 50 and titanium carbidehydride TiC0 5^0 21 at room temperature after irradiation by various dozes of g-quanta (104...108 R). The detected phenomenon is explained by movement and interaction of unstable radiation defects and dislocations which have arisen as a result of irradiation. By the example of titanium carbidehydride TiC0 5^0 21 it is shown that hydrogen atoms lead to significant suppression of oscillating time dependence Q-1, it can be accounted for pinning of dislocations by hydrogen atoms. Dose dependence of the steady-state internal friction in the irradiated titanium carbide and carbidehydride in equilibrium state at room temperature is of non-monotone character.

Хидиров И. Г.

Сведения об авторе: доктор физмат. наук, профессор, заведующий лабораторией композиционных материалов Института ядерной физики АН РУз.

Образование: Ташкентский ГПУ им. Г. Низами (1969 г.). Область научных интересов: термо- и радиацион-ностимулированные фазовые превращения в сплавах внедрения (карбидах, нитридах, нитрогидридах, карбогидридах и гидридах переходных металлов), высокотемпературных сверхпроводящих материалах, интерметаллических соединениях; радиационное материаловедение. Специалист в области нейтронос-труктурного анализа.

Публикации: более 100 статей и 4 патента.

Сотволдиев Д. И. Сведения об авторе: аспирант Андижанского государственнего университета.

Образование: Андижанский ГУ им. З.М. Бабур (2005 г.). Область научных интересов: фазовые превращения и кристаллическая структура карбидов и карбогидридов переходных металлов IV группы Периодической системы химических элементов.

Публикации: 2 статьи.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 3 (59) 2008 © Научно-технический центр «ТАТА»,2008

Введение

В связи с развитием ядерной энергетики и космонавтики становится актуальным изучение влияния радиации на различные свойства конструкционных материалов. Эти исследования важны и для развития теории радиационной физики твердого тела. В результате воздействия радиации при низких температурах в материалах возникают стабильные и нестабильные радиационные дефекты, которые могут создать высокие внутренние напряжения. Разрядка после прекращения облучения может произойти путем взаимодействия радиационно-индуци-рованных дефектов с дислокациями и образования трещин в объеме и на поверхности, а также за счет пластической деформации кристаллитов [1], то есть происходит процесс возврата (деформационное старение). В [2] впервые обнаружили релаксацию внутренних напряжений в свинце в течение более 5 ч после механического нагружения. Эту релаксацию объяснили процессом возврата, связанным с некоторыми нестабильными несовершенствами, возникшими при установке кристалла. Позже в [3] обнаружена немонотонная временная зависимость внутреннего трения (О-1) в нитриде титана в течение 9 суток после охлаждения от температуры отжига 1400 оС, которая была объяснена релаксацией закалочных внутренних напряжений и взаимодействием дислокаций. В работе [4] исследовано влияние у-облучения на механические свойства и внутреннее трение монокристаллического и стеклообразного тетрабората Li2B4O7. Однако, не рассматривалась релаксация при комнатной температуре, связанная с процессом возврата после облучения. В [5] исследованы особенности формирования осцилляций на временных зависимостях внутреннего трения поликристаллического Ве, облученного электронами высоких энергий и состаренного при комнатной температуре (Т = 300 К) в течение разных промежутков времени. Показано, что старение приводит к постепенному уменьшению амплитуды и периода осцилляций внутреннего трения. Высказано предположение о синергетическом характере наблюдаемого явления. Возникает вопрос, наблюдается ли временная зависимость внутреннего трения в конструкционных материалах после у-облучения, как это наблюдалось после механического нагружения в РЬ [2], после закалки ТС^ 50 [3] и после электронного облучения Ве [5]. Как влияют на внутреннее трение в конструкционных материалах процессы, протекающие после у-облучения, а также взаимодействие радиационно-индуцированных дефектов и дислокаций? Целью настоящей работы было изучение временной зависимости внутреннего трения в нестехиометрических карбиде титана ТЮ050 и карбогидриде титана ТЮ0 50Н0 21 при комнатной температуре после у-облучения различными дозами.

Методика эксперимента

Согласно [3], взаимодействие нестабильных дефектов и релаксация < должны четко проявляться именно в сильно нестехиометрических материалах. Поэтому для исследования выбрали нестехиометрические карбид титана ТЮ0 50 и карбогидрид титана ТЮ0 50Н0 21. Исследование ТЮ0 50Н0 21 представляло интерес по следующим соображениям: нестехиометрические карбиды титана часто содержат примесь водорода; поэтому интересно выяснить влияние самого легкого элемента на временную зависимость < в карбогидридах титана после у-облучения.

Для получения карбогидрида титана качестве исходных материалов брали сажу марки ОЧ, порошок титана марки ПТМ, содержащий, согласно данным химического анализа, следующие элементы (в мас. %): 98,92 Тц 0,07 N 0,07 С; 0,35 Н2; 0,40 Бе + N1, 0,10 81; 0,08 Са; 0,008 С1. Для получения карбида титана ТЮ050 порошок титана ПТМ предварительно отжигался в вакууме до температуры 800 оС. Отжиг проводили так, чтобы в объеме печи вакуум был не хуже 1,33 • 10-3 Па. Согласно химическому анализу, после такой термообработки порошок титана не содержит водорода. Карбид ТЮ0 50 и карбогидрид ТЮ0 50Н0 21 в порошковом виде получили методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Состав и кристаллическая структура образцов контролировались нейтронографическим методом; съемки нейтронограмм проводились на нейтронном дифрактометре DN-500 ИЯФ АН РУз (к =1.085 А) [6]. Фазовый состав и однородность по составу контролировались рентгенографическим методом на ДРОН-3М (СиКа-излучение, к=1,5418 А). Образцы для измерения в форме диска были получены путем прессования порошков соответствующих сплавов под давлением 3 106 Па и дальнейшего спекания в вакууме (не хуже 1,3310-3 Па) при температурах 1300 оС в течение 24 ч и 1000 оС в течение 24 ч. Спекание проводили в печи типа СШВЛ. Образцы охлаждали до комнатной температуры вместе с печью. Согласно данным химического анализа, в ходе приготовления образцов в них появилась примесь кислорода, содержание которого не превышало 0,23 мас. %. Измерения < проводили на дисковых образцах карбида титана диаметром d = 13 мм, толщиной И = 3 мм и карбогидрида титана d = 18 мм, толщиной И = 6 мм. Образцы имели практически одинаковую плотность р ~ 4390 кг/м3. Перед измерением поверхности образцов шлифовались.

Внутреннее трение < измеряли методом ультразвукового резонанса [7] на изгибных колебаниях в килогерцевом диапазоне частот, где отсутствует амплитудная зависимость поглощения. Такие частоты обеспечивают неискаженную передачу ультразвуковых сигналов в молибденовых звукопроводах малого диаметра (4 мм) и малое затухание ультразвука в них. Резонансные частоты образцов определяли с

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (59) 2008

© Scientific Technical Centre «TATA», 2008

помощью установки, аналогичной описанной в [7]. Погрешность измерений не превышает 5 %. Отношение ширины отдельного резонансного пика (А/ на уровне 1/л/2 =0,707 от резонансного значения амплитуды колебаний к резонансной частоте (/0), соответствующей максимальной амплитуде, характеризует внутреннее трение согласно формуле: 0>л = А//0 [7]. Ультразвуковые колебания в образцах возбуждали излучающим пьезопреобразователем титанат-цирконата свинца ТЦС-19, питаемым от генератора электрических импульсов звуковых частот. Измерение <2Л проводили на воздухе при комнатной температуре.

Результаты эксперимента и обсуждение

Согласно результатам рентгено- и нейтронографи-ческого анализа, исследуемый образец ТЮ0 50 имел гра-нецентрированную кубическую структуру, описываемую в рамках пространственной группы БтЗш (рис. 1), где атомы углерода статистически распределены по

октаэдрическим междоузлиям 4 (Ь) решетки матрицы. При этом фактор недостоверности определения кристаллической структуры по брэгговским отражениям составлял 2,2 %. Аналогичную структуру имеет и карбогидрид титана ТЮ0 50Н021, в решетке которого атомы водорода статистически распределены по тет-раэдрическим междоузлиям 8(с). Параметры решетки: а = 4,275±0,002 А для ТЮ050 и а = 4,301±0,002 А для

ТЮ0.50Н0.2Г

С помощью описанной выше методики нами было измерено внутреннее трение в карбиде титана ТЮ0 50 и карбогидриде тита

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком