1。介绍
氢是宇宙中最广泛发生的元素和视为未来的燃料。它是现成的;因此,近年来,被广泛用作高能燃料。然而,氢进入金属表面是一个严重的问题过程中遇到许多电化学过程,包括腐蚀金属、金属酸洗、电镀金属,金属焊接(
1- - - - - -
3]。引入金属的氢通过电化学过程或气体吸收导致氢脆的材料,结果在降低韧性和延性等力学性能。此外,氢脆甚至导致氢致开裂或脆性断裂
4- - - - - -
6最终导致材料的失败。一个组件或结构可以通过氢污染在不同发育阶段的
7]。氢降解显著影响各种工业分支机构,因为它会导致危险的失败和财产损失。
硅钢是特种钢根据产生一定的磁性。添加硅钢铁增加其电阻,提高了磁场的穿透能力,并降低钢的磁滞损耗。在热轧或冷轧硅钢的过程,这个过程通常需要酸洗去除表面的氧化。金属酸洗过程本质上是一个涉及的化学反应产生的氢气的氧化层之间的金属或金属氧化物和酸。因此,酸洗过程往往伴随着氢气的生成。硅钢极易受影响的氢脆硅钢中氢的扩散特征。高桥et al。
8和骨髓等。
9)也证实,当硅钢在氢环境中,氢展品显著影响材料的裂纹萌生和扩展。因此,它是非常重要的和高度可取的研究具体的扩散氢的特点在硅钢和调查硅钢中氢的扩散能力。氢吸附的动力学的详细信息,和运输是需要理解的因素控制硅钢中的氢脆。高温真空蒸汽渗透和电化学氢渗透方法通常是用来评估扩散氢在材料的特点
10- - - - - -
13]。在高温真空蒸汽渗透方法,两侧压差高的材料。当氢分子渗透到从高压到低压侧,弥漫的氢分子可以被检测到;因此,能获得氢渗透过程的动力学。然而,实验设备是极其复杂的,测试成本是相对较高的。相比之下,电化学渗透方法是非常方便的,因为它涉及简单廉价的电化学装置在室温下和高检测灵敏度和多功能性。电化学氢渗透Devanathan和Stachurski提出的方法
14];它已被广泛用于研究材料中氢的扩散系数和金属脆化现象。在这项研究中,冷轧硅钢床单被用作样品评估冷轧厚度减少的影响程度在硅钢氢扩散。电化学氢渗透方法利用测量氢的扩散特征在硅钢在不同阴极充电电流或不同冷轧厚度减少的程度。
2。实验程序
2.1。材料和样品制备
商用硅钢的厚度2.7毫米被用于这项研究。收到基硅钢的化学成分表中列出
1。标本是由滚轧机冷轧。通过调整冷轧厚度减少轧制机,三种类型的冷轧标本,冷轧厚度减少度为54.8,72.2和77.4%,和相应的三个样品的厚度是1.48,0.75,和0.61毫米。冷轧硅钢的微观结构与不同厚度减少度被光学显微镜观察。
化学成分的硅钢、wt %。
| 元素 |
C |
如果 |
锰 |
P |
年代 |
菲 |
| 百分比(%) |
0.011 |
0.400 |
0.506 |
0.070 |
0.001 |
平衡 |
维度的标本50 mm×70毫米和有效表面积9厘米2被用于这项研究。首先,标本是机械抛光先后与600年,1000年和1200年年级磨料的论文。第二,标本在超声波清洗液,清洗用蒸馏水冲洗,干燥迅速,冷空气吹。最后,每个标本的一边是镀镍(镍)厚度的1
μm以避免解散的标本可能影响渗透实验数据。
2.2。电化学氢渗透
加氢的标本是必要的调查对氢脆硅钢的倾向。电化学氢渗透技术涉及Devanathan-Stachurski双胞胎或双电解槽是用来确定氢的扩散在钢铁材料。图
1显示了实验的示意图表示氢渗透。本实验建立了广泛用来确定氢渗透速率通过金属薄膜。标本的一边充当阴极的阴极室,和对方作为正极(阳极室)。阳极(出口)与镍涂层耐腐蚀。一个常数的潜力300 mV与镍电极应用于阳极渗透实验开始前。氢阴极侧充电,直到背景电流密度降低到低于0.1
μ一个厘米−2在阳极的一面。氢充电电流密度在5、10和30厘米−2,分别。阴极氢充电可以生产大量的氢原子表面的阴极。然后氢吸附表面的标本和自动吸收大量的材料。当氢原子到达阳极的表面,他们被阳极电位和阳极氧化氢渗透电流。此外,阴极充电和电化学工作站被关闭,直到渗透电流密度获得一个稳定的水平。参众两院都维持在一个恒定的温度
25
±
1
°
C
在整个实验过程。
实验装置的原理图对氢渗透实验。
![]()
2.3。数据分析
电化学氢渗透技术,渗透通量的氢通过标本测定稳态渗透电流密度(
我
p
∞
),它表示如下:
(1)
J
∞
=
我
p
∞
n
F
,
在哪里
J
∞
在稳态原子氢渗透通量(摩尔
厘米
- - - - - -
2
年代
- - - - - -
1
),
我
p
∞
在稳态渗透电流密度(
厘米
- - - - - -
2
),
n
是电子转移的数量(无量纲),然后呢
F
法拉第常数(96485 c
摩尔
- - - - - -
1
)。
氢扩散的理论方程(
15)是
(2)
我
p
我
p
∞
=
2
l
π
D
t
∑
n
=
0
∞
经验值
(
- - - - - -
(
2
n
+
1
)
2
l
2
4
D
t
]
,
在哪里
D
是一个常数,
厘米
2
年代
- - - - - -
1
和有效的氢扩散系数(
D
eff
)可以由拟合模型方程(
2)实验渗透曲线。
明显的氢溶解度
年代
获得(
16通过使用(
3)表面氢在地下氢热力学平衡:
(3)
年代
=
J
∞
l
D
eff
,
在哪里
年代
是明显的氢溶解度(摩尔
厘米
- - - - - -
3
),
l
是试样厚度(cm)。
3所示。结果与讨论
3.1。阴极氢充电电流对氢扩散的影响
探讨阴极氢充电电流对氢扩散的影响,不同电流密度(5、10和30 mA
厘米
- - - - - -
2
)采用恒电流条件下阴极一侧(恒定电流密度),对应于不同的氢渗透曲线在阳极侧,如图
2。标本的厚度是0.61毫米。图
2表明,渗透在稳态电流密度增加而增加充电电流密度。这是归因于这样一个事实:更高的电流导致更多的进化氢原子阴极表面,增加扩散氢的量,从而提高了离子在阳极电流密度。此外,图
2还展品,随着阴极充电电流密度、试样中的氢的扩散速度也会加快。此外,图
3表明,突破的时候从入口到出口的氢原子的最短的充电电流密度30 mA
厘米
- - - - - -
2
。相比之下,时间最长的马5的充电电流密度
厘米
- - - - - -
2
。这主要是因为阴极充电电流最初是用来消除阴极表面的氧化膜。因此,较高的阴极充电电流,消除时间越短。因此,氢的扩散速度的标本明显加速,增加氢充电在阴极电流密度。
氢渗透曲线的硅钢具有相同厚度在不同氢充电电流密度。
![]()
氢渗透曲线在不同充电电流密度在初始充电阶段。
![]()
3.2。厚度减少度对氢扩散的影响
图
4显示了硅钢冷轧的微观结构对不同厚度减少度表明冷轧不仅改变了板的形状和大小,但也改变了内部结构。冷轧厚度减少程度的增加,谷物标本中逐渐拉长,夷为平地,和谷物的滑动方向转向了轧制方向。谷物几乎成为纤维厚度减少程度更高。
微观结构的硅钢冷轧不同厚度减少度。
![]()
试样的厚度对氢扩散的特点由氢渗透实验研究。马阴极充电电流密度是10厘米−2和硅钢板厚度为2.7,1.48,0.75,和0.61毫米被用于实验。图
5展品曲线对应于渗透实验结果表明,在稳态电流密度显著降低样本的厚度的增加。这些结果表明,扩散参数板厚度的函数。随着板厚的增加,氢的扩散参数的值标本减少。硅钢板厚度为0.61毫米,当氢扩散达到一个稳定状态,稳态渗透电流密度的测量值是1.42×10−5一个厘米−2在阳极的一面。稳态渗透电流密度是1.08×10−5一个厘米−2硅钢板厚度为0.75毫米。当板厚度增加到1.48或2.7毫米,阳极稳态渗透电流密度降低到5.68×10−6和2.73×10−6一个厘米−2,分别。图
6显示了不同厚度的氢渗透曲线的硅钢在证明初始充电阶段,试样厚度增加时,氢的突破时间的标本也增加。当硅钢板的厚度是0.61毫米,氢的突破时间的标本大约是600年代;然而,氢的突破时间在标本的标本大约是750年代与0.75毫米的厚度。当试样的厚度增加到1.48或2.7毫米,标本中氢的突破时间增加到~ 1456和2493年代,分别。因此,厚膜本质上是突破时间更长。图
6表明,后者的主导因素。
氢渗透曲线为不同厚度下的硅钢氢充电电流密度相同。
![]()
氢渗透曲线对不同厚度的硅钢初始充电阶段。
![]()
3.3。厚度减少度对氢扩散系数和溶解度的影响
分析曲线(图
5)对应于实验结果使我们能够确定扩散系数(
D
eff
)拟合氢扩散理论方程(
2这些曲线)。氢的表观溶解度以硅钢被定义为使用(
3)。冷轧厚度减少的价值度和相应的氢的扩散系数和溶解度表中列出
2。作为样本的厚度从2.7下降到0.61毫米,氢扩散系数逐渐降低的值从2.17×10−63.70×10−7厘米2年代−1;然而,溶解度逐渐增加的值从3.56×10−62.43×10−5覆盖物−3。这一现象表明,氢的人口主要是由氢的捕获通过标本运输时,主要发生在晶界。
冷轧厚度减少程度和相应的扩散系数和氢的溶解度。
| 厚度(毫米) |
减少厚度 |
D
eff
(cm2年代−1) |
年代
(摩尔厘米−3) |
| 2.70 |
0.0 |
2.17
×
10
- - - - - -
6
|
3.56
×
10
- - - - - -
6
|
| 1.48 |
54.8% |
1.02
×
10
- - - - - -
6
|
8.04
×
10
- - - - - -
6
|
| 0.75 |
72.2% |
4.55
×
10
- - - - - -
7
|
1.60
×
10
- - - - - -
5
|
| 0.61 |
77.4% |
3.70
×
10
- - - - - -
7
|
2.43
×
10
- - - - - -
5
|
4所示。结论
本研究中采用的电化学渗透技术在硅钢和氢扩散的特点不同的阴极氢充电电流或冷轧厚度减少度进行了研究。结果表明,测量渗透电流密度增加而增加阴极充电电流密度相同的厚度。随着冷轧厚度度,减少谷物的标本逐渐拉长,夷为平地,谷物的滑动方向转向了轧制方向,阳极稳态渗透电流密度显著增加,和氢在标本的突破时间缩短。此外,氢扩散系数逐渐降低;然而,溶解度逐渐增加。