מימן טעינה של אלומיניום באמצעות חיכוך במים

סיכום

כדי להחדיר כמויות גבוהות של מימן אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, שיטה חדשה של טעינה מימן פותחה, נקרא חיכוך בתהליך המים.

תקציר

שיטה חדשה של טעינה מימן של אלומיניום פותחה באמצעות חיכוך במים (FW) הליך. הליך זה יכול בקלות להחדיר כמויות גבוהות של מימן לתוך אלומיניום מבוסס על התגובה הכימית בין מים ואלומיניום מצופה שאינם תחמוצת.

מבוא

באופן כללי, סגסוגות אלומיניום בסיס יש עמידות גבוהה יותר מימן הסביבה מפלדה. עמידות גבוהה מימן הפרכת החומרים של סגסוגות אלומיניום נובע מסרטי תחמוצת על פני הסגסוגת חוסם מימן כניסה. כדי להעריך ולהשוות את הרגישות הגבוהה הגבוה בין סגסוגות אלומיניום, טעינת מימן מבוצעת בדרך כלל לפני בדיקה מכנית^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17}. עם זאת, ידוע כי מימן טעינת אלומיניום הוא לא קל, גם כאשר ניצול שיטות טעינה מימן כגון cathodic טעינת¹⁵, קצב הזנים איטי דפורמציה תחת אוויר לח¹⁶, או גז פלזמה מימן טעינה¹⁷. הקושי של מימן טעינת סגסוגות אלומיניום נובע גם מסרטי תחמוצת על משטח סגסוגת אלומיניום. אנו היסוד כי כמויות גבוהות יותר של מימן יכול להיות מוצג סגסוגות אלומיניום אם היינו יכולים להסיר את הסרט תחמוצת ברציפות במים. תרמודינמי¹⁸, אלומיניום טהור ללא סרט תחמוצת מגיב בקלות עם מים ויוצר מימן. בהתבסס על זה, פיתחנו שיטה חדשה של טעינת מימן של סגסוגות אלומיניום על בסיס התגובה הכימית בין מים ואלומיניום שאינו תחמוצת. שיטה זו היא מסוגלת להוסיף כמויות גבוהות של מימן לסגסוגות אלומיניום בצורה פשוטה.

פרוטוקול

1. הכנת חומר

1. השתמש בצלחות עובי 1 מ"מ מסגסוגת אלומיניום-מגנזיום-סיליקון המכילה 1 המסה% Mg ו-0.8 המסה% Si (אל-Mg-Si).
2. לעשות פיסות בדיקה מן הצלחות מסגסוגת אל-Mg-Si בעל אורך מד של 10 מ"מ ורוחב של 5 מ"מ.
3. השתמשו בכלי המבחן ב-520 ° c בתנור אוויר. כיבוי המים כטיפול בחום הפתרון.
4. לבדוק את החלקים במבחן 175 ° c עבור 18 h כמו שיא הזדקנות החום (T6-מזג).
5. פולנית פני השטח של חתיכות בדיקה באמצעות סיליקון קרביד נייר (#2000) ללא מים.
6. למדוד את המשקל של דגימות מלוטשת לדיוק של 0.0001 g באמצעות איזון חשמלי
7. למדוד את עובי ורוחב של החלק מד של דגימות לדיוק של 0.001 mm באמצעות משווה אופטי.

2. הליך FW (איור 1)

1. חברו שני דגימות מסגסוגת אל-Mg-Si באמצעות דבק משולש, מנסרה בצורת פריזמה שנעשו על ידי פולימר פלואור שכבה.
2. הכן מיכל זכוכית צילינדר עם ראש ריק ככלי תגובה.
3. לצרף נייר ליטוש עגול שנעשו על ידי הסיליקון carbides, #2000 עם קוטר של 10 מ"מ, באמצעות קלטת כפולה בתחתית בתוך המיכל.
4. מניחים את המשולש, בצורת פריזמה עם שני דגימות על נייר הליטוש במשטח התחתון של המיכל זכוכית.
5. יוצקים 100 מ ל של מים מזוקקים לתוך המיכל זכוכית מלמעלה.
6. מכסים את המיכל זכוכית עם פיסת גומי עגול עם שלושה חורים (עבור כניסת גז, עבור שקע גז, ועבור בדיקה pH בחלק העליון של מכולה זכוכית).
7. ממלאים את המיכל זכוכית עם טוהר גבוה (99.999%) ארגון בקצב זרימה קבוע של 20 מ ל/דקה לאחר סגירת מכסה הגומי.
8. לחבר את השקע גז כרומטוגרף גז (GC) עם חיישן מימן מוליך למחצה (מגבלת זיהוי: 5 ppb).
9. המתן עד שהגז במיכל יוחלף בארגון.
10. לסובב את המשולש, בצורת פריזמה מערבב עם שני דגימות על מערבב מגנטי עם מהירות מסתובבת קבוע בטמפרטורת החדר.
11. מדוד את דור המימן במהלך סיבוב שטירר באמצעות GC, לקיחת מדידה אחת כל 2 דקות.
12. למדוד את ה-pH של המים במיכל במהלך הסיבוב מערבב.
13. להסיר את שני הדגימות מן המשולש, מנסרה בצורת מערבב ידי טבילה אצטון עם רטט אולטראסוניות עבור 5 דקות לאחר הליך FW.
14. למדוד את המשקל ואת העובי של הדגימות שוב לאחר ההליך FW באמצעות איזון חשמלי משווה אופטי, בהתאמה.

3. קליטת מימן על ידי הליך FW

1. לאחר הליך FW, חותכים דגימה לצורה מלבנית של 1 x 5 x 10 מ"מ.
2. מניחים את הדגימה בתוך צינור קוורץ עם קוטר של 10 מ"מ מחובר ל-GC עם חיישן מימן מוליך למחצה.
3. הזרמת טוהר גבוהה (99.999%) גז ארגון בצינור קוורץ עם שיעור זרימה קבוע של 20 מ ל/דקה.
4. מחממים את צינור הקוורץ עם הדגימה באמצעות תנור צינורי בקצב חימום קבוע, 200 ° c/h.
5. למדוד את desorption ימן תרמית של הדגימה לאחר ההליך FW באמצעות GC.

4. הערכת חומרים לאחר הליך FW

1. לבצע בדיקות מתיחה (לפחות 3x, כדי להבטיח לעבור את היכולת) באוויר במעבדה עם מהירות הוצלב של 2 מ"מ/min באמצעות דגימה כי טופלו על ידי הליך FW.
2. למדוד את המאפיינים מתיחה (למשל, חוזק מתיחה, מאמץ שבר) שהתקבלו מן המתח, עקומת זן במבחן מתיחה.
3. שימו לב להתנהגות השבר עם מיקרוסקופ אלקטרוני משני (SEM) לאחר בדיקת מתיחה.

תוצאות

ייצור/קליטה של מימן באמצעות הפרוצדורה של FW
איור 2 מציג את התנהגות דור המימן במהלך הליך FW של הסגסוגות אל-Mg-Si המכילות כמויות שונות של ברזל מ 0.1% המסה% עד 0.7 המסה%. הדגימה הנפלטת ברציפות כמות גבוהה של מימן כאשר מערבב החלו לסובב. זה מצביע על כך שמימן נוצר על ידי תגובה כימית הנגרמת על ידי החיכוך בין משטח סגסוגת ומים. בנוסף, ערך ה-pH של המים במהלך ההליך FW גדל מעט 6.5 – 7.5 כפי שמוצג באיור 3. השינוי ב-pH על ידי הנוהל FW לא ישפיע על התגובה הקו...

דיון

אחד ההיבטים החשובים של הליך FW הוא ההחזקה של שני הדגימות לתוך הטירר המגנטי. מכיוון שמרכז הבאר הופך לאזור ללא חיכוך, מומלץ להימנע מההחזקה של הדגימות במרכז הבאר של הניצנים.

גם השליטה על מהירות הסיבוב של הבר מערבב חשוב. כאשר המהירות היא יותר מ 240 סל ד, זה הופך להיות קשה לשמור על כלי התגובה על הבמה של מערבב מגנטי. כאשר הליך FW מבוצע במהירות גבוהה, תיקון של כלי התגובה לשלב של מערבב מגנטי נדרש.

בגלל המימן טוען על ידי הליך FW מבוסס על התגובה הכימית בין מים ומשטח אלומיניום...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
תנור אוויר	GC	QC-1
לוחות סגסוגת אלומיניום קובה	פלדה		Al/1.0 מסה% Mg/0.8 מסה% Si
איזון חשמלי	A& D	HR-200
מיכל			בהתאמה אישית
מערבל מגנטי	CORNING	PC-410D
משוון אופטי	NIKON	V-12B
מד pH	Sato Tech	PH-230SDJ
צינור			בהתאמה אישית מכונת
ליטוש סיבובית	IMT	IM-P2
מיקרוסקופ אלקטרונים משני	JOEL	JSM-5310LV
חיישן כרומטוגרף גז	FIS Inc.	SGHA
סיליקון קרביד נייר אמרי	IMT	531SR
מכונת בדיקת מתיחה	Toshin Kogyo	SERT-5000-C
תנור צינורי	Honma Riken		בהתאמה אישית

זכוכית קוורץ