ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДОРОДА С МЕТАЛЛАМИ МЕТОДОМ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Второй международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта»

^ЕНТ-2003

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕИСТВИЯ ВОДОРОДА С МЕТАЛЛАМИ МЕТОДОМ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ

Э. А. Гранкин, Ю. Н. Шалимов, Е. Н. Островская, А. А. Щетинин

Воронежский государственный технический университет Московский пр-т, 14, Воронеж, 394026, Россия

Включение водорода в состав гальванических осадков оказывает влияние на их физико-механические свойства, поэтому изучение процессов взаимодействия водорода с металлами является актуальным. Использование метода внутреннего трения позволяет наиболее полно раскрыть механизм образования связей металла с водородом.

Как известно, электролитический хром поглощает значительное количество водорода. По вопросу о форме, в которой водород находится в хроме, имеются различные высказывания. Рентгенографически установлено, что из стандартного электролита при температуре 25 °С выделяется гидрид хрома состава СГо8-1-Н, образуя гексагональную фазу. При соотношении атомов водорода и хрома менее 0,05 установлено образование ОЦК-решетки хрома, затем появляется двухфазная область а-фазы и гексагонального гидрида.

При исследовании температурной зависимости внутреннего трения Q'1(T) электролитических осадков хрома было обнаружено, что, независимо от режима электролиза, на кривых Q'1(T) имеется пик, природа которого связана с диффузией водорода по дефектам кристаллической структуры электролитического хрома. Термическая обработка осадков хрома при температуре ~200 0С устраняет пик на кривых Q'1(T). При этой температуре из хрома, полученного электрохимически, удаляется наибольшее количество водорода (до 80 %). Дальнейшие исследования показали, что пик на кривой в отожженном до температуры рекристаллизации хроме воспроизводится вторичным электролитическим наводороживанием образцов в растворах серной кислоты или едкого натра (рис. 1). С увеличением продолжительности на-водороживания пик растет по величине и смещается в сторону повышения температур (кривые 2, 3, 4).

При измерении энергии активации диффузии водорода в электролитическом хроме методом внутреннего трения (по частотному сдвигу пика) обнаружено, что для хрома, полученного из стандартного электролита, энергия активации (АН) равна ~0,6 эВ. Значительная величина энергии активации диффузии водорода в электролитическом хроме свидетельствует о наличии прочной связи Сг-Н, близкой по величине к энергии химической связи.

Энергия активации диффузии водорода по поверхности (~1 эВ) и внутри металла (0,6-0,8 эВ) очень

близки по величине. Можно предположить, что энергия связи Сг-Н будет минимальной в зоне более совершенного кристалла и максимальной в непосредственной близости от дефекта, например, на поверхности металла, где концентрация дефектов для поликристалла максимальна. Микроструктурные исследования хромовых покрытий подтверждают наличие большого количества поверхностных дефектов. Электролитическое наводороживание хромовых образцов после термической обработки при различных температурах отжига показало, что с ростом тем-

Рис. 1. Температурная зависимость внутреннего трения электролитического хрома, подвергнутого на-водороживанию в 1 н Н]Б04 при ¿к=1 А/дм2 в течение различного времени (т) (1 — не наводороженный образец, 2 — т=8 минут, 3 — т=14 минут, 4 — т=20 минут)

пературы отжига степень наводороживания уменьшается, и после термообработки при температуре ~850 0С хром поглощает водорода в ~100раз меньше, чем при термической обработке до 200 0С.

Время релаксации (т) диффузии зависит от температуры следующим образом:

т г = т г0 ехр

ят

(1)

Таким образом, диффузия водорода характеризуется определенным спектром т, что, очевидно, и является причиной расширения пика внутреннего трения на кривой Q~1(T).