ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Диффузия и окклюзия водорода в железе и его сплавах — Формы существования водорода в железе и стали из "Наводороживание стали при электрохимических процессах " Водород, являясь самым простым химическим элементом, имеет порядковый HOiMep 1 и атомную массу 1,00797. В земной коре, включая гидросферу и атмосферу, содержится 0,88 вес. % водорода, причем содержание водорода в атмосфере возрастает с высотой и на высоте более 100 км водород является основной составной частью [41]. [c.15] Наиболее изучено взаимодействие с металлами протия, т. е. обычного водорода. В последнее десятилетие в связи с развитием атомной энергетики появились работы по поглощению металлами дейтерия при коррозии и катодной поляризации в тяжелой воде D2O. В настоящее время исследования, относящиеся к взаимодействию трития со сталью, ограничиваются изучением растворимости водорода, дейтерия и трития в никеле и хромоникелевой стали [42]. [c.15] Углерод обладает очень малой растворимостью в а- или б-железе и значительно большей растворимостью в Железе. В условиях стабильного равновесия обогащенные железом железоуглеродистые сплавы состоят, в зависимости от состава, из этих твердых растворов или из их смесей с графитом. Во многих железоуглеродистых сплавах присутствует химическое соединение железа с углеродом — Ре С (цементит). [c.16] Углеродистая сталь при высоких температурах имеет структуру аустенита. При быстром охлаждении аустенит распадается с образованием мартенсита, характеризующегося чрезвычайной твердостью (закалка стали). Внутренние напряжения, возникающие при закалке стали, способствуют ее охрупчиванию при поглощении водорода. [c.16] В зависимости от природы металла взаимодействие останавливается на 1, 2, 4 или 5 процессе. Но нельзя представить случая, чтобы, например, диффузии не предшествовала адсорбция или абсорбция водорода металлом была возможной без диффузии водорода через металл. [c.16] До недавних пор считалось, что водород, подобно углероду и азоту, находится в кристаллической решетке металла в атомарном состоянии, давая твердые растворы внедрения (или замещения). Исходя из атомарного характера окклюзии азота, кислорода и водорода металлами из газовой фазы, что выражается для водорода законом с=К рщ делались неправильные обобщения о форме существования этих веществ в металле. [c.18] С давних пор известно, что в различных пустотах внутри металла (микро- и макротрещины, скопления дислокаций), играющих роль коллекторов, накапливается молекулярный водород, часто под весьма высоким давлением. [c.18] Еще 30 лет назад в литературе высказывалось мнение [52— 54], что лрн растворении водорода в железе и никеле образуются гидриды типа МеН. Однако попытки обнаружить гидриды металлов — эндотермических поглотителей водорода не дали положительных результатов [55]. Н. А. Галактионова [56] при рентгеноструктурном анализе легированной стали, обогащенной водородом путе.м ее продувки в жидком состоянии, не обнаружила никаких- следов новых пар линий, не принадлежащих решетке металла. Содержащиеся же в железе и стали в виде примесей или легирующих добавок гидридообразующие элементы (Ti, Zr, V, Nb) могут связывать диффундирующий в стали водород в химические соединения. [c.18] Изучая вторичные рентгеновские спектры, А. И. Красников [57] наблюдал уменьшение дисперсии спектра для систем Н—Сг, Н—Мп, Н—Ре, Н—Со, Н—Ni, Н—Си и И—Zn по сравнению с чистыми. металлами, на основании чего он сделал вывод, что водород внедряется в виде протонов в электронные оболочки атомов этих металлов [58, 59]. Н. А. Галактионова [56, 60], применив метод А. И. Красникова для исследования стали, обогащенной водородом путем продувки в процессе плавки, нашла, что уменьшение дублетного расстояния i—схг соответствует количеству растворенного в стали водорода. [c.18] Первые эксперименты, показавшие, что водород в металле может существовать в виде протонов, были выполнены на пал- ладии. [c.19] Учитывая выше оказанное, можно понять отсутствие миграции водорода к катодной части образца у малоуглеродистых сталей и легированных кремнием сгалей [67], а также неоднозначный характер результатов, приведенных в табл. 1.3. [c.21] С другой стороны, нет никаких оснований отрицать возможность существования водорода в металле, в частности в стали, в виде протонов. Как следует из работы [48], уже при адсорбции s-адатомы водорода фактически будут существовать в приповерхностном слое металла в виде если не свободных протонов, то во всяком случае, сильно положительно поляризованных атомов. [c.21] Некоторые новые доказательства существования водорода в стали в виде протонов, дающих твердый раствор в железе, получены недавно в Физико-механическом институте АН УССР. [c.21] Однако использованное в этих работах для вычисления параметра кристаллической решетки смещение линий на рентгенограмме, являясь результатом изменения межплоскостного расстояния перпендикулярно к поверхности образца, может быть вызвано двумя причинами образованием твердого раствора внедрения или возникновением остаточных напряжений первого рода, вызванных наличием в поверхностном слое железа коллекторов, заполненных водородом под высоким давлением. М. М. Швед [76] разработал остроумный метод раздельного определения изменения параметра кристаллической решетки, вызванного образованием твердого раствора, и изменения параметра решетки, вызванного появлением напряжений первого рода, а также вычисления величины этих напряжений. Метод основан на съемке рентгенограмм под углом 90° и под ) 90° (обычно 4l3 = 45°). Изменение истинного параметра решетки наблюдалось в лятом знаке (Да == 0,00002 нм), что находится в пределах ошибки измерения [77]. Таким образом, насыщение поверхности армко-железа водородом приводит к возникновению остаточных напряжений первого рода, а истинный параметр кристаллической решетки не меняется. Это может служить доказательством отсутствия твердого раствора атомо)в водорода в наводороженном железе. Причиной наблюдаемого увеличения параметра решетки являются только остаточные напряжения сжатия, вызванные появлением и развитием в приповерхностном слое железа пустот микроскопических и субмикроскопических размеров (начиная от скопления вакансий и дислокаций). [c.22] Гала ктионова [4] также считает, что стабильное существование электронейтральных атомов водорода в решетке металла исключается в связи с наличием в металлическом кристалле (или расплаве) силовых полей, не являющихся насы-щеннььми или локализованными. Атом водорода в металле находится в том же состоянии, что и атом самого металла, т. е. его единственный электрон обобществлен с электронами внешних орбит атомов металла (электронный газ). [c.22] К выводу о существовании водорода в металле в виде протонов пришел с совершенно других исходных позиций Д. Смит [6]. Этот вывод базируется на его гипотезе щелей . Все экспериментальные данные по взаимодействию водорода с металло.м объясняются с точки зрения дефектов кристаллической решетки. Д. Смит исходит из предположения, что водород может растворяться и диффундировать только в тех металлах, кристаллическая решетка которых имеет полости, превышающие по размеру нормальные поры решетки. [c.22] Вернуться к основной статье