Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия:

О. П. Матвеева, проф. каф. «Стартовые ракетные комплексы», эл. почта: sm8@sm8.bmstu.ru

АО «Гиредмет», Москва, Россия:
Ю. Б. Патрикеев, зав. лаб. технологии получения редкоземельных металлов, порошков и сплавов, эл. почта: ybpatrikeev@giredmet.ru
Ю. М. Филянд, ст. науч. сотр. лаб. технологии получения редкоземельных металлов, порошков и сплавов, эл. почта: jmfilyand@yandex.ru

Представлены методические подходы к обоснованию технологических параметров производства сплавов — накопителей водорода в дуговых печах с нерасходуемыми электродами, позволяющие установить связь между условиями теплообмена при затвердевании слитков, их кристаллическим строением и водородоемкостью, а также стоимостными затратами. Экспериментально изучены влияние макроструктуры материала на количество поглощаемого водорода и зависимость этой величины от теплообменных процессов при затвердевании. Установлено, что высокая интенсивность процессов теплообмена между сплавом и водоохлаждаемой изложницей способствует уменьшению размеров зерен и, как следствие, повышению водородоемкости. Проведен анализ теплообменных процессов между кристаллизующимся слитком и водоохлаждаемой изложницей с учетом средней температуры теплоносителя и изменения режимов его течения. Установлены количественные ограничения для массы выплавляемого слитка в зависимости от массы и размера изложницы, в которой он формируется. На основе полученных результатов разработаны методические подходы, позволяющие усовершенствовать технологию производства сплавов — накопителей водорода. С этой целью сформулированы прямая и обратная оптимизационные задачи, решение которых даст возможность наладить выпуск материалов с заданной потребителем водородоемкостью и минимизировать затраты на их производство. Предложенные методические подходы были использованы при разработке технологии получения интерметаллических соединений Mm_1–yLayNi₄Co, которые демонстрируют повышенную водородоемкость, малый гистерезис, мягкие условия активации, а также оптимальные технологические и эксплуатационные характеристики, что позволяет успешно применять их для накопления, хранения и очистки водорода, а также для преобразования энергии в металлогидридных тепловых насосах.

1. Казаков А. Н., Дуников Д. О., Борзенко В. И. Разработка методики изготовления и исследования образцов интерметаллических соединений для систем хранения и очистки биоводорода // Вестник МЭИ. 2014. № 3. С. 16–20.
2. Percheron-Guégan A., Welter J.-M. Preparation of intermetallics and hydrides // Hydrogen in Intermetallic Compounds I / Ed. L. Schlapbach. — Berlin : Springer-Verlag, 1988. Vol. 63. P. 11–48.

3. Krishnamurthy N., Gupta C. K. Extractive metallurgy of rare earths. 2nd ed. — Boca Raton : CRC Press, Taylor & Francis Group, 2016. P. 523–625.
4. Odysseos M., De Rango P., Christodoulou C. N. et al. The effect of compositional changes on the structural and hydrogen storage properties of (La–Ce)Ni₅ type intermetallics towards compounds suitable for metal hydride hydrogen compression // J. Alloys Compounds. 2013. Vol. 580. P. S268–S270.
5. Патрикеев Ю. Б., Филянд Ю. М., Бадовский В. В. Сплавы — накопители водорода для экологически чистых энергопреобразующих устройств // ГИРЕДМЕТ — 70 лет в металлургии редких металлов и полупроводников : юбилей ный сборник. — М. : ЦИНАО, 2001. С. 265–290.
6. Wang H.-B., Wang Q., Dong C. et al. Microstructure and storage properties of low V-containing Ti – Cr – V hydrogen storage alloys prepared by arc melting and suction casting // Rare Metals. 2013. Vol. 32, No. 4. P. 354–358.
7. Sakai T., Hazama T., Miyamura H. et al. Rare-earth-based alloy electrodes for a nickel-metal hydride battery // J. Less-Common Metals. 1991. Vol. 172–174. P. 1175–1184.
8. Матвеева О. П., Патрикеев Ю. Б., Бузлов А. В., Бадовский В. В. Методика расчета процесса кристаллизации сплавов в дуговых печах с нерасходуемым электродом // Цветные металлы. 2003. № 6. С. 88, 89.
9. Пат. 2256718 РФ. Металлогидридная пара сплавов для тепло вого насоса / Матвеева О. П., Бузлов А. В., Патрикеев Ю. Б., Филянд Ю. М. ; заявл. 28.01.04 ; опубл. 20.07.05, Бюл. № 20.
10. Баландин Г. Ф. Теория формирования отливки. Основы тепловой теории. Затвердевание и охлаждение отливки: учебник для вузов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. — 358 с.
11. Петухов Д. Ю., Пантюхова К. Н. Особенности кристаллизации эвтектических сплавов // Техника и технологии машиностроения : материалы V Международной студенческой научно-практической конференции. — Омск, 4–10 апреля 2016 г. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2016. С. 246–251.
12. Герасимов В. В., Висик Е. М., Колядов Е. В. Взаимосвязь формы фронта кристаллизации со структурой жаропрочных спла вов в процессе направленной кристаллизации // Труды ВИАМ : электронный научный журнал. 2014. № 6. — URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=668 (дата обращения: 21.07.2017).
13. Вейник А. И. Теплообмен между слитком и изложницей. — М. : Металлургиздат, 1959. — 357 с.