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On the influence of hydrogen on the stability of lattice defects in metals

Bönisch, Matthias (2011) On the influence of hydrogen on the stability of lattice defects in metals.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik
BetreuerIn: Krexner, Gerhard

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DOI: 10.25365/thesis.13527
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29677.97937.865859-4

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Abstract in English

This work investigates the influence of hydrogen (H) on the formation and thermal stability of lattice defects in palladium (Pd). High Pressure Torsion (HPT) was chosen as technique for introduction of lattice defects. HPT belongs to the family of Severe Plastic Deformation techniques which allow to reduce grain sizes down to the nanometer range. They all are based on the same principle, i. e. high grade plastic deformation at low homologous temperature at hydrostatic pressure without modification of sample geometry. Pd was chosen because the Pd-H system is the best-studied of all metal-hydrogen systems and comprehensive literature is available. Samples of Pd (99.95 at%) were loaded with H up to a concentration of x = [H]/[Pd] = 0.78 using a Sieverts-type apparatus available at the Faculty of Physics of the University of Vienna. Samples were subsequently deformed by HPT at different temperatures and characterized by various methods: Differential scanning calorimetry was used to follow the evolution of the system with temperature; investigation with the scanning electron microscope and high-precision density measurements were used to determine vacancy concentrations. For a further characterization of non HPT-deformed palladium hydride desorption as well as microhardness measurements were performed. Additionally, first H-loading tests on titanium were carried out successfully with the Sieverts apparatus and the titanium hydride prepared in this way was deformed by HPT. In summary, it can be said that the working hypothesis, that is the stabilizing influence of H on lattice defects in metals, could be confirmed to hold within a certain temperature range. As could be shown the deformation temperature is a crucial parameter for this effect.

Schlagwörter in Englisch

hydrogen / palladium / titanium / HPT / DSC / SEM / lattice defects / vacancies / trapping

Abstract in German

Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Wasserstoff (H) auf die Bildung und thermische Stabilität von Gitterdefekten in Palladium (Pd). Als Methode zur Erzeugung von Gitterdefekten wurde High Pressure Torsion (HPT) gewählt. HPT wird der Gruppe der Severe Plastic Deformation-Techniken zugeordnet, welche eine Reduzierung der Korngrößen in den Nanometerbereich hinein ermöglichen. Sie alle basieren auf demselben Prinzip, nämlich der hochgradig plastischen Verformung bei niedriger homologer Temperatur unter hydrostatischem Druck ohne Veränderung der Probengeometrie. Pd wurde gewählt, weil das Pd-H-System das am besten untersuchte Metall-H-System und daher umfangreiche Literatur vorhanden ist. Proben aus Pd (99.95 at%) wurden mit dem Sieverts-Apparat der Fakultät für Physik an der Universität Wien mit H auf eine Konzentration von x = [H]/[Pd] = 0.78 beladen, anschließend bei unterschiedlichen Temperaturen HPT-verformt und mittels verschiedener Methoden charakterisiert: Dynamische Differenzkalorimetrie wurde verwendet um der Entwicklung des Systems mit der Temperatur zu folgen; Untersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop und hochpräzise Dichtemessungen wurden zur Bestimmung von Leerstellenkonzentrationen verwendet. Zur weiteren Charakterisierung von nicht HPT-verformten Palladiumhydrid wurden Desorptionswägungen sowie Mikrohärtemessungen durchgeführt. Zusätzlich wurden erste H-Beladetests an Titan erfolgreich in dem Sieverts-Apparat ausgeführt, sowie das damit erhaltene Titanhydrid mittels HPT verformt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Arbeitshypothese, das heißt der stabilisierende Einfluss von H auf Gitterdefekte in Metallen, unter Einschränkung des Temperaturbereichs bestätigt werden konnte. Wie gezeigt werden konnte ist die Verformungstemperatur ein entscheidender Parameter für diesen Effekt.

Schlagwörter in Deutsch

Wasserstoff / Palladium / Titan / HPT / DDK / REM / Gitterdefekte / Leerstellen / Trapping

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Bönisch, Matthias
Title: On the influence of hydrogen on the stability of lattice defects in metals
Umfangsangabe: IV, 85 S.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Publication year: 2011
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Krexner, Gerhard
Assessor: Krexner, Gerhard
Classification: 33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
33 Physik > 33.60 Kondensierte Materie: Allgemeines
AC Number: AC08819931
Item ID: 13527
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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