РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ І ХАРАКТЕРИСТИКА ЗРАЗКІВ
2.1. Методика дослідження поверхні сплавів
Дослідження стану поверхні сплавів та параметрів хімічного зв'язку виконували за допомогою рентгенівського фотоелектронного спектрометра японської фірми "Shimazu". Було використано MgK? випромінювання при U=10 кВ. Експеримент проводили у вакуумі, що досягав значення
1?10-8 мм рт. ст. (1.33?10-6 Па). Глибина зондування поверхні сплавів становила 1-4 нм. Точність аналізу дорівнювала ?10-15% за співвідношенням елементів.
Дослідження кожного зразка виконували так: сплав у вигляді порошку наносили на утримувач, виготовлений із золота і покритий вуглецевим струмопровідним покриттям. Утримувач вносили в спектрометр, доводили вакуум до необхідного рівня і знімали серію спектрів. Потім, не виймаючи зразок із спектрометра, бомбардуванням іонами аргону знімали тонкий
(0.01 мкм) поверхневий шар та проводили вимірювання вдруге.
Аналізуючи отримані дані, звертали увагу на хімічні зсуви у спектрі по відношенню до стандарту, співвідношення площ піків, форму піків. Із співвідношення площ піків обчислювали атомні співвідношення елементів. Як еталон порівняння використовували спектральні лінії золота. Вони завжди присутні в спектрах, як і лінії вуглецю, оскільки в їх формуванні беруть участь золото утримувача і вуглець адгезійного покриття.
2.2. Методика дослідження воднесорбційних властивостей
Дослідження воднесорбційних властивостей матеріалів виконували на виготовленій з металу установці типу Сівертса, схема якої наведена на
рис. 2.1. Вона складається з реактора, електричної печі, в яку вміщують
Рис. 2.1. Схема установки для аналізу сорбційної ємності інтерметалідів:
I - робочий реактор;
II - піч або термостат;
III - манометрична лампа;
IV - ресивер (запасний об'єм);
V - редуктор для газу;
VI - балон з воднем;
М1, М2 - манометри на 6 і 10 МПа;
1-10 - крани;
11 - газовий лічильник
реактор, манометрів, форвакуумного насоса, газового лічильника, балона з воднем. Всю систему оснащено з'єднувальними мідними капілярами і кранами. Температура в печі вимірюється термопарою хромель-алюмель і регулюється потенціометром КСП-4, точність якого становить 0.25%. Тиск в системі вимірюється зразковими металевими манометрами класу 05 з точністю ?2.4?10-3 МПа, що відповідає вмісту водню ?1.4 см3, вакуум - термопарним вакуумметром ВТ-2А-П.
Робочий реактор являє собою трубку з нержавіючої сталі діаметром
12 мм, один кінець якої запаяний. До другого кінця за допомогою гайки спеціальної конструкції приєднуються три штуцери, з'єднані мідними капілярами з форвакуумним насосом, манометром і краном, через який здійснюється подавання газу. Усі з'єднання ущільнені прокладками з пластикату. Загальна довжина реактора - 400 мм.
Методика дослідження така. Досліджуваний зразок певної маси вміщували в реактор, який герметично закривали і вакуумували форвакуумним насосом. Коли показання вакуумметра досягали значень 4.5-3.7 Па (3.4·10-2?2.1·10-1 мм рт. ст.), реактор із зразком нагрівали до заданої температури і витримували певний час (активаційна обробка). По закінченні активації в систему подавали водень до заданого значення тиску і проводили гідрування зразка. Температура і час активації, а також тиск водню і температура гідрування є індивідуальними для кожного матеріалу, тому для кожного з досліджуваних матеріалів ці параметри будуть указані окремо. Поглинання водню контролювали за зміною тиску в системі. Після закінчення процесу гідридоутворення тиск в системі залишається незмінним. Кількість поглинутого водню розраховували за різницею тисків на початку і в кінці процесу гідрування за формулою
, (2.1)
де СН2 - вміст водню в матеріалі, см3/г;
P1 - початковий тиск, атм;
P2 - кінцевий тиск, атм;
АP,T - поправка на зміну об'єму при зміні тиску і температури;
VP,T - об'єм газу в системі при даних тиску і температурі, приведений до нормальних умов, см3;
m - маса зразка, г.
Поправки і об'єм газу в робочій частині є постійними характеристиками установки. Вони визначаються калібрувальними дослідами з використанням відомого об'єму або газового лічильника для кожного набору температур і тисків і наводяться у вигляді таблиць і графіків.
Розкладання гідриду, що утворився, проводять на тій же установці, не виймаючи зразка, при початковому тискові водню 0.1 МПа при кімнатній температурі та при нагрівання до заданої температури. В цьому випадку також фіксують зміну тиску водню з часом. Кількість водню, що виділився, розраховують також за формулою (2.1). В наступних циклах активація, як правило, не потрібна і гідрування виконують з напусканням водню одразу після закінчення розкладання гідриду.
Звичайно проводять декілька циклів сорбції та десорбції водню, не виймаючи зразок з реактора. Циклування сорбції і десорбції водню проводять доти, доки сорбційна ємність та швидкість сорбції не досягнуть максимальних значень.
Для побудови ізобари сорбції вимірювання проводили за такою методикою. Гідрування починали при температурі активації ступінчасто, з інтервалом 100 градусів, знижуючи її до кімнатної. Зниження температури проводили після встановлення рівноваги в реакційній зоні (припинення зміни тиску). Водень в реакційну зону після активації подавали до певного значення тиску, який підтримували на постійному рівні впродовж всього процесу гідрування. За формулою (2.1) обчислювали кількість поглинутого при кожній температурі водню. За отриманими даними будували графік залежності кількості поглинутого водню від температури гідрування - ізобару сорбції. Ізобара сорбції наочно показує, що сорбція водню відбувається не при одному значенні температури, а є досить широка область температур поглинання водню, в якій можна виділити ділянку найбільшого поглинання. За зміною форми ізобари можна судити про вплив різних факторів на процес сорбції. Отримана ізобар