Введение
1. Обзор литературы .10
1.1. Состояние водорода в металлах и сплавах в условиях равновесия 12
1.1.1. Состояние водорода в фазе раствора в металле 13
1.1.2. Влияние абсорбированного водорода на механические свойства .15
1.1.3. Влияние легирования 19
1.2. Диффузия водорода в металлах и сплавах .25
1.2.1. Диффузия при высокой концентрации абсорбированного водорода 27
1.2.2. Влияние легирования на коэффициент диффузии в металлах 5-ой группы 29
1.3. Диссоциативно-ассоциативные процессы на границе водород-металл, отвечающие за абсорбцию и выделение водорода 32
1.4. Транспорт водорода через металлические мембраны 36
1.4.1. Описание переноса водорода через многослойные мембраны с учётом диссоциативно-ассоциативных процессов на поверхности 38
1.4.2. Перенос водорода через мембраны из металлов 5-ой группы и их сплавов
1.4.2.1. Результаты, полученные в экспериментах по сверхпроницаемости 39
1.4.2.2. Эксперименты с мембранами из металлов 5-ой группы, покрытых палладием .42
1.4.2.3. Эксперименты с мембранами из сплавов ванадия, покрытых палладием .43
Задачи работы .47
Глава 2. Растворимость водорода в сплавах замещения V-Pd 49
2.1. Методика эксперимента 49
2.1.1. Образцы 49
2.1.1.1. Каталитическое покрытие 49
2.1.1.2. Свойства образцов 52
2.1.2. Измерение растворимости водорода 55
2.1.2.1. Схема установки 55
2.1.2.2. Методика измерений 56
2.2. Результаты эксперимента .59
2.2.1. Выполнение закона Сивертса за пределами области разбавленных растворов 60
2.2.2. Температурная зависимость константы растворимости водорода 62 2.2.3 Зависимость растворимости водорода в сплавах V-xPd от степени
легирования 65
2.2.4. Влияние температуры на целостность образцов при их гидрировании .67
2.3. Обсуждение результатов 67
2.3.1. Возможные механизмы влияния легирования на растворимость водорода в сплавах
замещения V-Pd 67
2.3.2. Пригодность сплавов V-Pd в качестве материала мембраны 70
2.5. Выводы 74
ГЛАВА 3. Исследование транспорта водорода сквозь мембраны на основе сплавов V-Pd при 400 ОС 75
3.1. Особенности переноса водорода сквозь мембраны на основе металлов 5-ой группы и
их сплавов 75
3.1.1. Максимально достижимая плотность проникающего потока и возможность приближения к ней при требуемых давлениях .76
3.1.2. Максимальный проникающий поток водорода сквозь толстые мембраны при непренебрежимом давлении на выходной стороне .77
3.1.3. Максимальный поток, проникающий сквозь многослойную мембрану с учетом кинетики процессов на поверхности .80
3.2. Методика эксперимента 84
3.2.1. Образцы 85
3.2.1.1. Образцы трубчатой формы 86
3.2.1.2. Образцы плоской формы 88
3.2.2. Описание установки 90
3.2.2.1. Блок схема стенда 90
3.3. Экспериментальная процедура 92
3.3.1. Процедура активации 92
3.3.2. Измерение проникающего потока 93
3.3.3. Остановка эксперимента .94
3.4. Экспериментальные результаты и их обсуждение .95
3.4.1. Эффекты активации 95
3.4.2. Изотермы проникающего потока j400оС(Pin) для мембран из сплавов V-Pd c разным содержанием палладия 96
3.4.3. Влияние легирования ванадия палладием на константу проницаемости и коэффициент диффузии водорода .99
3.5. Выводы .101
ГЛАВА 4. Транспорт водорода сквозь мембраны на основе сплавов v-pd в зависимости от температуры: пограничные процессы, диффузия, проницаемость .103
4.1. Особенности методики мембранных экспериментов .105
4.1.1. Образцы 105
4.1.2. Особенности экспериментальной процедуры 105
4.2. Результаты экспериментов с мембраной из чистого ванадия (Pd-V-Pd) и их
обсуждение 106
4.2.1. Температурная зависимость проникающего потока 107
4.2.2. Зависимость проникающего потока от давления при 400 оС .112
4.2.3. Определение вероятности диссоциативного прилипания молекул Н2 к поверхности палладиевого покрытия в зависимости от Т и Р .114
4.2.4. Обсуждение результатов по кинетике диссоциативно-ассоциативного прилипания молекул Н2 к поверхности палладиевого покрытия .117
4.2.5. Зависимость коэффициента диффузии водорода в ванадии от концентрации растворённого водорода .119
4.3. Эксперименты с мембранами на основе сплавов V-Pd 120
4.3.1. Сплав V-14.8Pd 121
4.3.2. Сплав V-9.5Pd 125
4.3.3. Сплав V-4.4Pd
4.4. Обобщение экспериментальных данных и их обсуждение 131
4.5. Выводы 137
ГЛАВА 5. Прототип системы выделения сверхчистого водорода на основе мембран из сплавов V-Pd и его испытания .
5.1. Стенд для исследования мембранной системы в составе ЭХГ 141
5.2. Расчет мембранной сборки .143
5.3. Процедура испытаний и их результаты .145
5.4. Выводы .149
Заключение .150
Список литературы
