Особливості процесу дегазації в $\alpha$-області системи Pd–H в експериментальній установці для стопу паладій–Гідроґен

О. М. Любименко

Донецький національний технічний університет, пл. Шибанкова, 2, 85300 Покровськ, Україна

Отримано: 14.08.2023; остаточний варіант - 15.09.2023. Завантажити: PDF

В роботі описано та проаналізовано зміни форми кантилеверу зі стопу $\alpha$-PdH$_{n}$ за температури у 240°C за допомогою відеозапису експерименту. Експеримент виконували для кантилеверу зі стопів $\alpha$-PdH$_{0,0105}$, $\alpha$-PdH$_{0,0198}$, $\alpha$-PdH$_{0,026}$, $\alpha$-PdH$_{0,0326}$, $\alpha$-PdH$_{0,0464}$, $\alpha$-PdH$_{0,0644}$. Кантилевер з одного боку покритий мідною плівкою товщиною у 0,75 мкм, яка не пропускає Гідроґен і не впливає на величину формозміни. Насичення паладійового кантилеверу до стопу $\alpha$-PdH$_{n}$ проводили в камері за постійної температури у 240°C. Далі одержаний стоп витримували в ізотермічних умовах, після чого проводили односторонню дегазацію кантилеверу. Експериментально зафіксовано, що із зміною тиску на $\delta$$P_{H_2}$ = 0,03, 0,1, 0,15, 0,2, 0,3, 0,43 МПа величина максимальних вигинів для кантилеверу збільшується від -1,6 до -7,05 мм. Встановлено, що із дегазацією Гідроґену для кантилеверу зі стопів $\alpha$-PdH$_{n}$ вигин розвивається по двох різних часових етапах. Перший етап триває дуже короткий час (9–15 секунд), характеризується швидким досягненням максимального вигину кантилеверу. Другий етап триває значно довше (понад 100 секунд) і відзначається утворенням плато та зворотнім розпрямленням кантилеверу. Під час другого етапу кантилевер повертається у вихідний стан або досягає стаціонарного стану з мінімальним відхилом від початкового положення. Також зафіксовано, що ступінь оборотности вигину кантилеверу під час дегазації збільшується зі зростанням тиску водню. Визначено, що внутрішні гідроґенові концентраційні напруження, які виникають за дегазації Гідроґену зі стопів $\alpha$-PdH$_{0,0105}$, $\alpha$-PdH$_{0,0198}$, $\alpha$-PdH$_{0,026}$, $\alpha$-PdH$_{0,0326}$, $\alpha$-PdH$_{0,0464}$, $\alpha$-PdH$_{0,0644}$, перевищують пружні характеристики ґрадієнтного стопу $\alpha$-PdH$_{n}$ (200 МПа) і знаходяться в інтервалі від 88 до 539 МПа. Процес формування максимального вигину кантилеверу в процесі дегазації для стопів $\alpha$-PdH$_{n}$ зумовлений дифузійним транспортом Гідроґену, перерозподілом внутрішніх напружень у пластині за її вигину (розпрямлення) та відповідною перебудовою концентраційного поля Гідроґену, що змінює внутрішні умови дифузійного транспорту Гідроґену в шари стопу $\alpha$-PdH$_{n}$.

Ключові слова: паладій, стоп $\alpha$-PdH$_{n}$, дегазація, концентрація, гідроґенові напруження, надпластичність.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i03/0251.html

PACS: 61.72.Hh, 62.20.fq, 62.40.+i, 66.30.jp, 68.60.Bs, 81.05.Bx, 81.40.Lm


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. Progress in Hydrogen Treatment of Materials (Eds. V. A. Goltsov) (Donetsk: Kassiopeya Ltd.: 2001).
  2. L. L. Jewell and B. H. Davis, Applied Catalysis A: General, 310: 1 (2006). Crossref
  3. M. Takenouchi, S. Kudoh, K. Miyajima, and F. Mafuné, J. Phys. Chem. A, 119: 26 (2015). Crossref
  4. A. Pisarev, J. of Membrane Science, 335, Iss. 1–2: 51 (2009). Crossref
  5. S. Yun and S. T. Oyama, J. of Membrane Science, 375, Iss. 1–2: 28 (2011). Crossref
  6. M.S. Islam, M.M. Rahman, and S. Ilias, Int. J.of Hydrogen Energy, 37, Iss. 4: 3477 (2012). Crossref
  7. V. N. Alimov, A. O. Busnyuk, M. E. Notkin, E. Yu. Peredistov, and A. I. Livshits, J. of Membrane Science, 481: 54 (2015). Crossref
  8. K. Zhang and J. Douglas, Separation and Purification Technology, 186: 39 (2017). Crossref
  9. N. Vicinanza, I. Svenum, L. N. Ness, Th. A. Peters, R. Bredesen, A. Borg, and H. J. Venvik, J. of Membrane Science, 476: 602 (2015). Crossref
  10. Q. Kong, W. Feng, X. Zhong, Y. Liu, and L. Lian, J. of Alloys and Compounds, 664: 188 (2016). Crossref
  11. M. Khanuja, B. R. Mehta, P. Agar, P. K. Kulriya, and D. K. Avasthi, J. Appl. Phys., 106: 093515 (2009). Crossref
  12. L. V. Spivak, Al’ternativnaya Ehnergetika i Ehkologiya, 4, Iss. 82: 99 (2008) (in Russian).
  13. H. Wagner and H. Heinz, Adv. Phys., 23, No. 4: 587 (1974). Crossref
  14. A. Stern, A. Resnik, D. Shaltiel, and S. R. Kreitzman, Electronic Structure and Properties of Hydrogen in Metals. NATO Conference Series (Eds. P. Jena and C. B. Satterthwaite) (Boston, MA: Springer: 1983), vol. 6, p. 55. Crossref
  15. V. A. Gol’tsov, Ye. N. Lyubimenko, and Zh. L. Glukhova, Physicochemical Mechanics of Materials, 45: 670 (2009). Crossref
  16. O. M. Lyubymenko and O. A. Shtepa, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 12: 1639 (2021) (in Ukrainian). Crossref
  17. E. P. Feldman and E. N. Lyubimenko, Acta Mech., 234, Iss. 4: 1619 (2023). Crossref
  18. G. I. Zhirov, V. A. Gol’tsov, and G. E. Shatalova, Phys. Metals Metallogr., 101: 93 (2006). Crossref
  19. I. Matsumoto, K. Sakaki, Y. Nakamura, and E. Akiba, Appl. Surf. Sci., 258, Iss. 4: 1456 (2011). Crossref
  20. A. Kawasaki, S. Itoh, Kunihiro Shima, and T. Yamazaki, Materials Science and Engineering: A, 551: 231 (2012). Crossref
  21. G. Alefeld and S. Völkl, Hydrogen in Metals (Berlin: Springer Verlag: 1978). Crossref
  22. F. A. Lewis, Platinum Metals Rev., 26, 4: 20 (1982). Crossref