Исследование поглощения водорода металлами

При исследовании характера и скорости взаимодействия водорода с конструкционными материалами основной недостаток применяемых способов — сложность определения скорости взаимодействия компонентов при характерных концентрациях водорода в металлах 1 – 5 ppm. В работе представлены результаты исследования взаимодействия водорода с металлами в непрерывном режиме с использованием установки, позволяющей определять кинетические параметры до температуры 1000 °C как в случае выделения, так и поглощения газа. Принцип действия установки основан на сравнении изменений объемов газа в двух изолированных практически идентичных ячейках (в одну помещается инертный образец, в другую — исследуемый). Предварительно обе ячейки заполняются исследуемым газом. Относительное изменение объема в емкости с активным образцом измеряется дифференциальным нуль-манометром и регулярно компенсируется до исходного нулевого значения перепада давления путем введения или выведения части газа из реакционного объема. Показано, что при взаимодействии никеля с водородом характер поглощения газа имеет гладкую зависимость от температуры, количественно связанную с формой металлического образца — для порошкообразного никеля поглощение выше, чем для листового. Скорость поглощения водорода губчатым титаном имеет пороговый характер — скачкообразно возрастает при температуре около 600 °C. Определены кинетические характеристики взаимодействия водорода с многокомпонентным сплавом при 820 °C. Полученные результаты и предложенная методика могут быть использованы при исследованиях взаимодействия газов с твердыми телами, включая исследования кинетических параметров взаимодействия водорода с металлами и сплавами.

1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. Т. 34. № 1. С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

2. Мешков Н. К., Рачук В. С., Холодный В. И. Пути повышения надежности двигателей летательных аппаратов, использующих водород в качестве горючего / 3-й Международный аэрокосмический конгресс. IAC 2000: сб. тезисов. — М., 2000.

3. Гельд П. В., Рябов Р. А., Мохрачева Л. П. Водород и физические свойства металлов и сплавов. — М.: Наука, 1985. — 232 с.

4. Пышминцев И. Ю., Гизатуллин А. Б., Девятерикова Н. А. и др. Предварительная оценка возможности использования труб большого диаметра из стали Х52 для транспортировки чистого газообразного водорода под давлением / Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 1. С. 35 – 42. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-35-42

5. Пумпянский Д. А., Пышминцев И. Ю., Хаткевич В. М., Худнев А. А. Водородное охрупчивание трубных сталей / Металлы. 2023. № 3. С. 36 – 46. DOI: 10.31857/S0869573323030059

6. Спивак Л. В., Скрябина Н. Е., Кац М. Я. Водород и механическое воздействие в металлах и сплавах. — Пермь: ПГУ, 1993. — 344 с.

7. Кантюков Р. Р., Запевалов Д. Н., Вагапов Р. К. Исследование влияния водорода на стали в сероводородсодержащих и других средах на газовых объектах / Известия вузов. Черная металлургия. 2024. Т. 67. № 1. С. 53 – 64. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-1-53-64

8. Петров А. И., Разуваева М. В. Влияние водорода на коррозионную стойкость дуплексной нержавеющей стали / Журнал технической физики. 2023. Т. 93. № 11. С. 1589 – 1595. DOI: 10.61011/jtf.2023.11.56490.184-23

9. Шашкова Л. В., Манаков Н. А., Козик Е. С., Свиденко Е. В. Влияние диффузионно-подвижного и связанного водорода на водородную хрупкость стали / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 8. С. 59 – 66. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-59-66

10. Laptev A., Kurs M., Lonskaya N., et al. Investigation of corrosion damage of hydration aluminum alloys at full-scale accelerated tests / Int. J. Eng. Technol. 2018. Vol. 7. No. 4. P. 5061 – 5066.

11. Клямкин С. Н. Металлогидридные композиции на основе магния как материалы для аккумулирования водорода / Российский химический журнал. 2006. Т. 50. № 6. С. 49 – 55.

12. Семененко К. Н., Клямкин С. Н. Гидриды интерметаллических соединений с отношением Н/М > 1, полученные в условиях высоких газовых давлений / Известия РАН. 1993. № 5. С. 843 – 845.

13. Саулин Д. В., Кузьминых К. Г., Пойлов В. З. Определение влияния водорода на изменение микротвердости и характеристик микроструктуры образцов авиационных сплавов / Известия вузов. Черная металлургия. 2024. Т. 67 № 3. С. 332 – 339. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-3-332-339

14. Баталин Г. И., Белобородова Е. А., Казимиров В. П. Термодинамика и строение жидких сплавов на основе алюминия. — М.: Металлургия, 1983. — 160 с.

15. Линчевский Б. В. Термодинамика и кинетика взаимодействия газов с жидкими металлами. — М.: Металлургия, 1986. — 222 с.

16. Бузовкин В. П., Гильдеррандт Э. М., Пингин В. В. Кинетика поведения водорода в алюминиевых расплавах / Расплавы. 1992. № 1. С. 19 – 23.

17. Амманазаров А. Методы и приборы для определения водорода. — М.: Химия, 1987. — 128 с.

18. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А. Исследование полноты дегазации образцов при анализе содержания водорода в алюминиевых сплавах / Металлург. 2011. № 4. С. 87 – 92.

19. Черданцев Ю. П., Чернов И. П., Тюрин Ю. И. Методы исследования систем металл-водород: учеб. пособие. — Томск: ТПУ, 2008. — 286 с.

20. Ларионов В., Шупэн С., Кудияров В. Контроль поглощения водорода никелевыми пленками, полученными при вакуумно-магнетронном напылении циркониевого сплава, методом термоЭДС / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 8. С. 32 – 37. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-32-37

21. Раковская Е. Г., Занько Н. Г., Ягунова Л. К. Определение содержания водорода в приповерхностных слоях стали У8А с применением токов высокой частоты / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 7. С. 44 – 48. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-7-44-48

22. Тенишев А. В., Петров М. И., Исаенкова М. Г. и др. Определение растворимости водорода в циркониевых сплавах Э110ОПТ и Э635 методом дифференциальной сканирующей калориметрии / Металлы. 2022. № 6. С. 100 – 106.

23. Барашева Т. В., Давыдов Д. М., Летов А. Ф., Тишин И. Г. Особенности определения высоких содержаний водорода в титановых сплавах эмиссионным спектральным методом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 6. С. 16 – 21.

24. Бичаев В. Б., Вячеславов А. В., Берелидзе Б. В. Модернизация установки для определения водорода в титановых сплавах эмиссионным спектральным методом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 5. С. 9 – 12.