RU2657365C1 - Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана - Google Patents
Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating 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
- G01N23/20—Investigating 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.
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)
- 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.
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)
| 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 |
-
2017
- 2017-09-13 RU RU2017132131A patent/RU2657365C1/ru active
Patent Citations (5)
| 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)
| 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 | |
| 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 | |
| Sun et al. | Water distributions of hydrated biological specimens by valence electron energy loss spectroscopy | |
| RU2657365C1 (ru) | Способ определения содержания водорода в порошке нестехиометрического гидрида титана | |
| RU2580174C1 (ru) | Способ определения пористости образца породы | |
| Brooks et al. | The distribution of calcium in the epiphyseal cartilage of the rat tibia measured with the electron probe X-ray microanalyzer | |
| 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 | |
| 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 | |
| Long et al. | A mineralogical application of X-ray absorption microspectroscopy: the hydration of larnite | |
| Dan | Study on the creep behavior of clay under complex triaxial loading in relation to the microstructure | |
| 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 | |
| Hemberger et al. | Determination of the local thermal diffusivity of inhomogeneous samples by a modified laser-flash method | |
| 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 | |
| Abdel-Rahman et al. | Study of trapping rate and defect density in AlSi 11.35 Mg 0.23 by positron annihilation technique | |
| Müller et al. | New experimental approach to study creep and shrinkage mechanisms of concrete on the nano-scale level | |
| Rao et al. | Thermal Expansion of Alkali Halides by Gamma-Ray Attenuation | |
| Jupe et al. | Phase composition depth profiles using spatially resolved energy dispersive X-ray diffraction | |
| Golovin et al. | Damping of some aluminium foams at low amplitudes |