Технические науки 3

Соборницкий В.И., Павлюс С.Г., Папанова И.И., Замурников В.М.

Украинский государственный химико-технологический университет

МОДЕЛЬ НЕОБРАТИМОГО ЗАХВАТА ВОДОРОДА ДЕФЕКТАМИ СТРУКТУРЫ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

         Наряду с процессом обратимого захвата водорода дефектами структуры твердой фазы имеет место его взаимодействие с такими дефектами структуры, в которых захват водорода является необратимым («ловушками») [1]. Кинетическая схема для такого случая включает в себя два параллельных маршрута:

            

                                  Нреш =  = Нлов ;        Нреш =  = Нлов,                                 (1)

 

где К1 и К2 – соответственно,  формальные константы скорости захвата и освобождения водорода из обратимых «ловушек»; К3 – константа скорости необратимого захвата.

         Диффузионная задача в этом случае содержит зависимости [2]:

 

                                                = χg ,                                                        (2)

 

                 g (1,τ) = 1 +  :      τ = 0, Z = 1.                   (3)

 

Здесь W =  ;      ;   и Nн  - соответственно, степень заполнения и количество необратимых «ловушек»;  NК1L2/Dн;  = К2L2/Dн;  и Dн – концентрация и коэффициент диффузии водорода; L –  толщина мембраны,  - количество обратимых «ловушек».

         Граничное условие на входной поверхности мембраны получено исходя из баланса потоков водорода на границе раздела фаз и учитывает перераспределение во времени расчетного и захваченного дефектами структуры водорода.

         Путем решения краевой задачи диффузии было получено выражение для тока проникновения водорода через мембрану в операторной форме:

 

                   I(p) = ,                 (4)

 

где Ω =  .

         Обратное преобразование выражения (4) дает оригинал тока проникновения I(τ), которое из-за громоздкости здесь не приводится. Зависимости I(τ) для постоянных значений параметров λ и μ, характеризующих обратимый захват водорода, при варьировании величины χ, определяющей скорость необратимого захвата, приведены на рис. 1.

C:\Users\Admin\Desktop\Сканировать2.TIF

Рис. 1. Зависимость тока проникновения водорода от времени в относительных единицах. Случай наложения обратимого и необратимого захватов: λ = 0,1, μ = 0,1. Параметр χ указан на кривых

Видно, что величина τ существенным образом влияет на стационарный ток проникновения водорода при τ →, а также заметно влияет на величину тока максимума кинетической кривой. Чем больше константа необратимого захвата χ (от 0,001 до 1), тем меньше водорода достигает выходной поверхности  мембраны, тем меньше ток ионизации водорода I(τ).

         Предложенная в [1] экспериментальная методика сводится к изучению кинетической зависимости тока проникновения водорода при повторном цикле наводороживания одного и того же образца.

         Нами были проведены три цикла наводороживания. На рис. 2 показаны экспериментальные кривые первого, второго и третьего проникновения, полученные для стали 65ГХ при различных величинах поляризующего тока.

C:\Users\Admin\Desktop\Сканировать2.TIF

                                      а)                                                  б)

Рис. 2. Зависимости I(τ) первого (1), второго (2) и третьего (3) цикла наводороживания для стали 65ГХ

а) плотность поляризующего тока 5 mА/см2;

б) плотность поляризующего тока 100 mА/см2

 

При первом цикле наводороживания кинетические зависимости обусловлены наложением обратимого и необратимого захвата (рис. 2, кривые 1). При втором и третьем циклах  влияние необратимого захвата должно отсутствовать (рис. 2, кривые 2, 3), так как все необратимые «ловушки» будут заполнены и достижение стационарного значения тока будет обусловлено сквозным транспортом водорода через мембрану, то есть, достижением равновесия между процессами захвата и освобождения водорода из обратимых «ловушек».

 

Литература

1. Chavane F., Habashi M., Pressoyre G., Halland I. Higs trenght steel with improved sultide stress cracking resistance.  // Corrosion. - 1986. V. 42, № 1. Р. 54 – 61.

2. Влияние процессов взаимодействия водорода с металлами на кинетику диффузии водорода в металлах и сплавах.// Соборницкий В.И., Папанова И.И., Павлюс С.Г., Замурников В.М. «Современный научный вестник», № 11 (258) 2015. – С. 53-58.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Соборницкий В.И., Папанова И.И., Павлюс С.Г., Замурников В.М.

 

МОДЕЛЬ НЕОБРАТИМОГО ЗАХВАТА ВОДОРОДА ДЕФЕКТАМИ СТРУКТУРЫ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

 

1.     Соборницкий Владимир Иванович, Днепропетровский государственный химико-технологический университет, доцент кафедры электротехники, кандидат технических наук.

2.     Папанова Ирина Ивановна, Днепропетровский государственный химико-технологический университет, доцент кафедры электротехники, кандидат химических наук.

3.     Павлюс Степан Григорьевич, Днепропетровский государственный химико-технологический университет, заведующий кафедрой  электротехники, доцент, кандидат технических наук.

4.     Замурников Владимир Михайлович, , Днепропетровский государственный химико-технологический университет, доцент кафедры электротехники, кандидат технических наук.

 

Контактные телефоны: 753-56-34,  +380675641683.

Почтовый адрес: г. Днепропетровск, пр. Кирова 107а, кв.97.