ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................................................................................................... 6
Глава 1 Состояние изучаемой проблемы .................................................................... 14
1.1. Растворимость водорода в металлах .................................................................... 15
1.1.1 Растворимость водорода в чистых металлах ..................................................... 15
1.1.2 Влияние абсорбированного водорода на механические свойства ................. 19
1.2 Влияние легирования на растворимость водорода в металлах 5 группы ........ 24
1.3 Диффузия водорода в металлах 5 группы ............................................................ 35
1.3.1Диффузия водорода в металлах 5 группы: случай идеальных
растворов………………………………………………………………………………36
1.3.2 Диффузия водорода в металлах 5 группы: случай неидеальных
растворов........................................................................................................................38
1.3.3 Влияние легирования на коэффициент диффузии водорода .......................... 40
1.4. Перенос водорода через металлические мембраны ........................................... 45
1.4.1 Случай лимитирования диффузией через объём
мембраны……………...……………………………………………………………….45
1.4.2 Влияние диссоциативно-ассоциативных процессов на поверхности
мембраны……………………………………………………………………………....47
1.4.3 Влияние углеродсодержащих газов на производительность мембран из
металлов 5 группы, покрытых палладием…………………………………………...54
1.4.4 Описание переноса водорода через многослойные мембраны с учётом
диссоциативно-ассоциативных процессов на поверхности………………………..57
1.5 Эксперименты с мембранами из металлов 5-ой группы и их ОЦК сплавов,
покрытых палладием ..................................................................................................... 59
Постановка задачи исследования ................................................................................ 63
Глава 2 Материалы и методы исследований……………………………...………....65
2.1 Образцы для исследования растворимости водорода в ОЦК-сплавах V
Fe……………………………………………………………………………………….65
2.2 Образцы для исследования транспорта водорода в ОЦК-сплавах V-Fe………70
3
2.3 Образцы для исследования термостабильности защитно-каталитического
покрытия из Pd………………...………………………………………………………73
2.4 Методика измерения растворимости водорода….……………………………...75
2.5 Методика проведения эксперимента по определению проникающего потока
водорода через испытуемые мембраны……………………………………………...79
2.6 Методика проведения эксперимента по определению термостабильности
защитно-каталитического покрытия мембран из ОЦК-сплава ванадия...………...83
Выводы к 2 главе……………………………………………………………………...85
Глава 3 Растворимость водорода в разупорядоченных ОЦК сплавах V-Fe. ......... 86
3.1 Результаты эксперимента ....................................................................................... 87
3.1.1 Выполнение закона Сивертса за пределами области разбавленных растворов
......................................................................................................................................... 89
3.1.2 Предельная концентрация растворённого водорода, (H/M)max. ...................... 90
3.1.3 Температурная зависимость константы растворимости KV–kFe. ...................... 91
3.1.4 Зависимость константы растворения водорода в сплавах V-κFe от
концентрации Fe………………………………………………………………………92
3.2 Обсуждение результатов ....................................................................................... 94
3.2.1 Эффективность Fe в снижении растворимости водорода в бинарных ОЦК
сплавах ванадия. ............................................................................................................ 94
3.2.2 «Глобальный» эффект легирования.. ................................................................. 96
3.2.3 Расширение области выполнения закона Сивертса ....................................... 103
3.2.4. Выбор сплава оптимального состава для минимизации риска водородного
охрупчивания мембраны в условиях, близких к эксплуатационным…………….105
Выводы к главе 3 ......................................................................................................... 107
Глава 4 Исследование транспорта водорода сквозь мембраны на основе сплавов
V-Fe .............................................................................................................................. 108
4.1 Теоретические аспекты переноса водорода через мембраны .......................... 108
4.2 Экспериментальные результаты .......................................................................... 111
4.2.1 Изотермы плотностей проникающего потока Н2 через трубчатые мембраны из
ОЦК-сплавов V-Fe. .................................................................................................... 111
4.2.2 Сплав V-13.1Fe. ................................................................................................. 115
4
4.2.3 Сплавы V-8.0Fe и V-6.3Fe. ............................................................................... 119
4.2.4 Случай слаболегированного сплава V-3.5Fe. ................................................. 122
4.2.5 “Нефикоподобное” поведение проникающего потока. ................................. 125
4.2.6 Несивертсовый коэффициент диффузии. ....................................................... 129
4.2.7 Роль процессов на поверхности каталитического покрытия. ....................... 132
4.3 Обобщение экспериментальных результатов. Оптимальное содержание
легирующего элемента в ОЦК сплавах V-Fe для изготовления водоропроницаемых
мембран………………………………………………………………………………133
Выводы к главе 4 ........................................................................................................ 139
Глава 5 Термостабильность защитно-каталитического покрытия для мембран из
металлов 5 группы ...................................................................................................... 140
5.1 Термическая деградация каталитического покрытия…………………………140
5.2. Эксперимент по термостабильности защитно-каталитического палладиевого
покрытия ...................................................................................................................... 144
5.2.1 Образцы и процедура проведения эксперимента ........................................... 145
5.3. Результаты эксперимента ................................................................................... 145
5.3.1 Поток Н2 через мембрану Pd-(V-9.0ат.%Pd)-Pd в течении эксперимента по
термостабильности каталитического покрытия ...................................................... 145
5.3.2 Состояние каталитического покрытия мембраны после 2300 часов выдержки
при Т=400°С ................................................................................................................ 149
5.3.3 Состояние покрытия мембраны после выдержки при Т=350°С .................. 154
5.3.4 Эксперимент без предварительной активации каталитического покрытия в О2.
....................................................................................................................................... 157
5.3.5 Результаты долговременных испытаний каталитического Pd покрытия,
нанесенного на мембраны из ОЦК-сплава V-9.0ат.%Pd ......................................... 159
5.3.6 Влияние растворенного водорода на скорость термической деградации
палладиевого покрытия……………………………………………………………...167
Выводы к главе 5 ......................................................................................................... 169
Заключение .................................................................................................................. 171
5
Список использованной литературы ......................................................................... 173
Список обозначений .................................................................................................... 186
Приложение А ............................................................................................................. 187
