Технические науки 8

Соборницкий В.И., Павлюс С.Г., Березкин А.О., Яковенко Г.Г.

Украинский государственный химико-технологический университет

Учет необратимого захвата водорода при наводороживании металлов

Явление проникновения водорода в металл и связанное с ним ухудшение механических свойств металлических конструкций, получило название водородной хрупкости. Из-за недооценки подобного явления часто наблюдается снижение прочности ответственного оборудования в производственной практике. В ряде случаев это приводит к катастрофическим последствиям. По оценке экспертов ущерб от водородной коррозии дает почти десятую часть от общих потерь металла за счет всех видов коррозии.

Наряду с процессом обратимого захвата водорода дефектами структуры твердой фазы, имеет место также его взаимодействие с «ловушками» другой природы.

Кинетическая схема для такого случая будет включать два параллельных маршрута [1,2].

Где К₃ – константа скорости необратимого захвата.

К₁ и К₂ – константы скоростей захвата и освобождения водорода.

Диффузионную задачу для (1) запишем в виде [2]

Граничное условие на входной поверхности g(τ) получено из баланса потоков водорода на границе раздела фаз и учитывает перераспределение расчетного и захваченного дефектами структуры водорода во времени. В [2] обозначено:

q и N_H – соответственно степень заполнения и количество необратимых «ловушек»; L – толщина мембраны; D_Н – решеточный коэффициент диффузии водорода; g(z,τ) – концентрация водорода в металле, как функция расстояния и времени; V – поток водорода; – концентрация водорода на входной стороне мембраны.

N_реш и N_лов – представляют собой число мест в решетке и количество «ловушек» в единице объема.

Путем решения краевой задачи диффузии (2) было получено выражение для тока проникновения водорода в операторной форме, т.е. изображение тока проникновения.

Обратное преобразование выражения (3) дает оригинал тока проникновения I(τ), которое из-за громоздкости здесь не приводится. Вычисления I(τ) для постоянных значений параметров λ и m, характеризующих обратимый захват водорода и при варьировании величины χ, определяющей скорость необратимого взаимодействия, приведены на рис. 1.

Рис. 1 Зависимость токов проникновения водорода от времени в относительных единицах. Случай наложения обратимого захвата водорода дефектами структуры твердой фазы m=0,1; l=0,1. Параметр χ указан на рисунке.

Из приведенных графиков видно, что величина константы скорости необратимого захвата существенным образом влияет на стационарный ток проникновения водорода при и что, заметно изменяются величины тока максимума кинетической кривой.

Продифференцировав общее уравнение для тока проникновения I(τ) и приравняв его к нулю, была получена формула для определения времени достижения максимума тока, по которой были определены численные значения для различных значений χ.

Они представлены на рисунке (2) в виде зависимости .

Рис. 2 Зависимости времени достижения максимального значения тока проникновения водорода τmax, его величины Imax и стационарного тока I∞ от параметра χ, характеризующего необратимый захват: μ=0,1; λ=0,1.

Полученные значения использовались для вычисления максимального тока проникновения I_max, а также установившегося значения тока проникновения I_∞ при .

Литература.

1. Zakroczymsky T. // Corrosion.1982.V38.p.218-223.

2. Крапивный Н.Г. // Электрохимия.1982.т.17.с1174-1179.

3. Chavane A. // Corrosion.1986.V42,N1.p/54-61.