Name: Ładowanie wodorem aluminium za pomocą tarcia w wodzie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-28T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 50 s
Description: Odkryj metodę ładowania wodorem stopów aluminium za pomocą tarcia w wodzie, pokonującą barierę tlenku powierzchniowego. Technika ta umożliwia wprowadzenie dużych ilości wodoru do materiałów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została częściowo wsparta finansowo przez The Light Metal Educational Foundation, Inc., Osaka, Japonia

1. Przygotowanie materiału
<ol>
	<li>Stosować płytki o grubości 1 mm wykonane ze stopu aluminiowo-magnezowo-krzemowego zawierającego 1% masy Mg i 0,8% masowo Si (Al-Mg-Si).</li>
	<li>Wykonać próbki do badań z płytek ze stopu Al-Mg-Si o długości 10 mm i szerokości 5 mm.</li>
	<li>Próbki do badań wyżarzać w temperaturze 520 °C przez 1 godzinę w piecu powietrznym. Hartować w wodzie jako obróbkę cieplną w roztworze.</li>
	<li>Wyżarzać próbki do badań w temperaturze 175 °C przez 18 godzin jako obróbkę cieplną ze starzeniem szczytowym (odpuszczanie T6).</li>
	<li>Wypoleruj powierzchnię próbek do badań za pomocą papieru ściernego z węglika krzemu (#2000) bez wody.</li>
	<li>Zmierz masę wypolerowanych próbek z dokładnością do 0,0001 g za pomocą wagi elektrycznej</li>
	<li>Zmierzyć grubość i szerokość części wzorcowej próbek z dokładnością do 0,001 mm za pomocą komparatora optycznego.</li>
</ol>
2. Procedura FW (<silna klasa="xfig">Rysunek 1)
<ol>
	<li>Przymocuj dwie próbki stopu Al-Mg-Si za pomocą kleju do trójkątnego mieszadła w kształcie pryzmatu wykonanego z polimeru fluorowęglowego.</li>
	<li>Przygotuj szklany pojemnik w kształcie cylindra z pustą pokrywą jako naczynie reakcyjne.</li>
	<li>Przymocuj okrągły papier polerski wykonany z węglików krzemu, #2000 o średnicy 10 mm, za pomocą taśmy dwustronnej w dolnej części wnętrza pojemnika.</li>
	<li>Umieść trójkątne mieszadło w kształcie pryzmatu z dwiema próbkami na papierze polerskim na dolnej powierzchni szklanego pojemnika.</li>
	<li>Wlej 100 ml wody destylowanej do szklanego pojemnika od góry.</li>
	<li>Przykryj szklany pojemnik okrągłym gumowym kawałkiem z trzema otworami (na wlot gazu, na wylot gazu i na sondę pH w górnej części szklanego pojemnika).</li>
	<li>Napełnij szklany pojemnik argonem o wysokiej czystości (99,999%) przy stałym natężeniu przepływu 20 ml/min po zamknięciu gumowej pokrywy.</li>
	<li>Podłączyć wylot gazu do chromatografu gazowego (GC) z półprzewodnikowym czujnikiem wodoru (granica wykrywalności: 5 ppb).</li>
	<li>Poczekaj, aż gaz w pojemniku zostanie zastąpiony argonem.</li>
	<li>Obróć trójkątne mieszadło w kształcie pryzmatu z dwiema próbkami na mieszadle magnetycznym ze stałą prędkością obrotową w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Zmierzyć wytwarzanie wodoru podczas obrotów mieszadła za pomocą GC, wykonując jeden pomiar co 2 minuty.</li>
	<li>Zmierz pH wody w pojemniku podczas obracania mieszadła.</li>
	<li>Wyjąć dwie próbki z trójkątnego mieszadła w kształcie pryzmatu, zanurzając je w acetonie z wibracjami ultradźwiękowymi na 5 minut po procedurze FW.</li>
	<li>Ponownie zmierzyć masę i grubość próbek po procedurze FW, używając odpowiednio wagi elektrycznej i komparatora optycznego.</li>
</ol>
3. Absorpcja wodoru przez procedurę FW
<ol>
	<li>Po zabiegu FW przyciąć próbkę do prostokątnego kształtu 1 x 5 x 10 mm.</li>
	<li>Umieść próbkę w rurce kwarcowej o średnicy 10 mm połączonej z GC z półprzewodnikowym czujnikiem wodoru.</li>
	<li>Przepływ argonu o wysokiej czystości (99,999%) w rurze kwarcowej o stałym natężeniu przepływu 20 ml / min.</li>
	<li>Podgrzać rurkę kwarcową z próbką za pomocą pieca rurowego przy stałej szybkości nagrzewania, 200 °C/h.</li>
	<li>Zmierzyć termiczną desorpcję wodoru próbki po procedurze FW za pomocą GC.</li>
</ol>
4. Ocena materiału po procedurze FW
<ol>
	<li>Przeprowadzić próby rozciągania (co najmniej 3x, w celu zapewnienia powtarzalności) w powietrzu laboratoryjnym z prędkością trawerski 2 mm/min przy użyciu próbki, która została poddana obróbce zgodnie z procedurą FW.</li>
	<li>Zmierzyć właściwości rozciągania (np. wytrzymałość na rozciąganie, odkształcenie przy pękaniu) uzyskane z krzywej naprężenie-odkształcenie w próbie rozciągania.</li>
	<li>Obserwuj zachowanie pękania za pomocą wtórnego mikroskopu elektronowego (SEM) po próbie rozciągania.</li>
</ol>

<ol><li>Horikawa, K., Matsubara, T., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+charging+of+Al-Mg-Si-based+alloys+by+friction+in+water+and+its+effect+on+tensile+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering+A%22%5BJournal%5D)">Hydrogen charging of Al-Mg-Si-based alloys by friction in water and its effect on tensile properties.</a> Materials Science and Engineering A. 764, 138199(2019).</li>
<li>Horikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+research+trends+in+aluminum+alloys+for+a+high-pressure+hydrogen+gas+container%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Current research trends in aluminum alloys for a high-pressure hydrogen gas container.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 60, 542-547 (2010).</li>
<li>Kuramoto, S., Hsieh, M. C., Kanno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+embrittlement+of+Al-Mg-Si+base+alloys+deformed+at+low+strain+rates+in+laboratory+air%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Environmental embrittlement of Al-Mg-Si base alloys deformed at low strain rates in laboratory air.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 52, 250-255 (2002).</li>
<li>Horikawa, K., Yoshida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+Hydrogen+in+Tensile-Deformed+Al-5%25Mg+Alloy+by+means+of+Hydrogen+Microprint+Technique+with+EBSP+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Transactions%22%5BJournal%5D)">Visualization of Hydrogen in Tensile-Deformed Al-5%Mg Alloy by means of Hydrogen Microprint Technique with EBSP Analysis.</a> Materials Transactions. 45, 315-318 (2004).</li>
<li>Ueda, K., Horikawa, K., Kanno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suppression+of+high+temperature+embrittlement+of+Al-5%25Mg+alloys+containing+a+trace+of+sodium+caused+by+antimony+addition%5BTitle%5D)+AND+%22Scripta+Materialia%22%5BJournal%5D)">Suppression of high temperature embrittlement of Al-5%Mg alloys containing a trace of sodium caused by antimony addition.</a> Scripta Materialia. 37, 1105-1110 (1996).</li>
<li>Horikawa, K., Ando, N., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+hydrogen+gas+evolution+during+deformation+and+fracture+in+SCM+440+steel+with+different+tempering+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering+A%22%5BJournal%5D)">Visualization of hydrogen gas evolution during deformation and fracture in SCM 440 steel with different tempering conditions.</a> Materials Science and Engineering A. 534, 495-503 (2012).</li>
<li>Horikawa, K., Yamada, H., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+strain+rate+on+hydrogen+gas+evolution+behavior+during+tensile+deformation+in+6061+and+7075+aluminum+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Effect of strain rate on hydrogen gas evolution behavior during tensile deformation in 6061 and 7075 aluminum alloys.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 62, 306-312 (2012).</li>
<li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+diffusive+hydrogen+in+low+alloy+steel+by+means+of+hydrogen+microprint+technique+at+elevated+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Transactions%22%5BJournal%5D)">Visualization of diffusive hydrogen in low alloy steel by means of hydrogen microprint technique at elevated temperatures.</a> Materials Transactions. 50, 759-764 (2009).</li>
<li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+hydrogen+during+fatigue+fracture+in+an+Al-Mg-Si+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Visualization of hydrogen during fatigue fracture in an Al-Mg-Si alloy.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 56, 210-213 (2006).</li>
<li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+hydrogen+distribution+in+tensile-deformed+Al-5%25Mg+alloy+investigated+by+means+of+hydrogen+microprint+technique+with+EBSP%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Japan+Institute+of+Metals%22%5BJournal%5D)">Visualization of hydrogen distribution in tensile-deformed Al-5%Mg alloy investigated by means of hydrogen microprint technique with EBSP.</a> Journal of the Japan Institute of Metals. 68, 1043-1046 (2004).</li>
<li>Yamada, H., Tsurudome, M., Miura, N., Horikawa, K., Ogasawara, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ductility+loss+of+7075+aluminum+alloys+affected+by+interaction+of+hydrogen%2C+fatigue+deformation%2C+and+strain+rate%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering+A%22%5BJournal%5D)">Ductility loss of 7075 aluminum alloys affected by interaction of hydrogen, fatigue deformation, and strain rate.</a> Materials Science and Engineering A. 642, 194-203 (2015).</li>
<li>Toda, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+hydrogen+micro+pores+on+mechanical+properties+in+a+2024+aluminum+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Transactions%22%5BJournal%5D)">Effects of hydrogen micro pores on mechanical properties in a 2024 aluminum alloys.</a> Materials Transactions. 54, 2195-2201 (2013).</li>
<li>Yamada, H., Horikawa, K., Matsumoto, T., Kobayashi, H., Ogasawara, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+evolution+behavior+of+tensile+deformation+process+in+6061+and+7075+aluminum+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Hydrogen evolution behavior of tensile deformation process in 6061 and 7075 aluminum alloys.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 61, 297-302 (2011).</li>
<li>Horikawa, K., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+absorption+of+pure+aluminum+by+friction+of+the+surface+in+water+and+its+effect+on+tensile+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Japan+Institute+of+Metals%22%5BJournal%5D)">Hydrogen absorption of pure aluminum by friction of the surface in water and its effect on tensile properties.</a> Journal of the Japan Institute of Metals. 84, (2020).</li>
<li>Suzuki, H., Kobayashi, D., Hanada, N., Takai, K., Hagihara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Existing+state+of+hydrogen+in+electrochemically+charged+commercial-purity+aluminum+and+its+effects+on+tensile+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Transactions%22%5BJournal%5D)">Existing state of hydrogen in electrochemically charged commercial-purity aluminum and its effects on tensile properties.</a> Materials Transactions. 52, 1741-1747 (2011).</li>
<li>Horikawa, K., Hokazono, S., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronized+monitoring+between+hydrogen+gas+release+and+progress+of+atmospheric+hydrogen+embrittlement+in+7075+aluminum+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Japan+Institute+of+Light+Metals%22%5BJournal%5D)">Synchronized monitoring between hydrogen gas release and progress of atmospheric hydrogen embrittlement in 7075 aluminum alloy.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 66, 77-83 (2016).</li>
<li>Manaka, T., Aoki, M., Itoh, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+desorption+spectroscopy+study+on+the+hydrogen+behavior+in+a+plasma-charged+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+Forum%22%5BJournal%5D)">Thermal desorption spectroscopy study on the hydrogen behavior in a plasma-charged aluminum.</a> Materials Science Forum. 879, 1220-1225 (2016).</li>
<li>Ellingham, H. J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reducibility+of+oxides+and+sulphides+in+metallurgical+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Society+of+Chemical+Industry%22%5BJournal%5D)">Reducibility of oxides and sulphides in metallurgical processes.</a> Journal of the Society of Chemical Industry. 63, 125-133 (1944).</li>
<li>Pourbaix, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPourbaix%2C+M+%22Atlas+of+electrochemical+equilibria+in+aqueous+solutions%2C+Ist+ed%22">Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Ist ed</a>. , Pergamon Press. New York. 168-176 (1966).</li>
<li>Young, G. A., Scully, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+diffusion+and+trapping+of+hydrogen+in+high+purity+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Materialia%22%5BJournal%5D)">The diffusion and trapping of hydrogen in high purity aluminum.</a> Acta Materialia. 46, 6337-6349 (1998).</li>
<li>Smith, S. W., Scully, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+identification+of+hydrogen+trapping+states+in+an+Al-Li-Cu-Zr+alloy+using+thermal+desorption+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Metallurgical+and+Materials+Transactions+A%22%5BJournal%5D)">The identification of hydrogen trapping states in an Al-Li-Cu-Zr alloy using thermal desorption spectroscopy.</a> Metallurgical and Materials Transactions A. 31, 179-193 (2000).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Jednym z ważnych aspektów procedury FW jest przymocowanie dwóch próbek do mieszadła magnetycznego. Ponieważ środek pręta mieszadła staje się strefą bez tarcia, najlepiej unikać mocowania próbek w środku pręta mieszadła.
Ważna jest również kontrola prędkości obrotowej mieszadła. Gdy prędkość przekracza 240 obr./min, trudno jest utrzymać naczynie reakcyjne na stoliku mieszadła magnetycznego. Gdy procedura FW jest przeprowadzana z dużą prędkością, konieczne jest przymocowanie naczynia reakcyjnego...

Ogólnie rzecz biorąc, stopy na bazie aluminium mają wyższą odporność na kruchość wodorową niż stal. Wysoka odporność stopów aluminium na kruchość wodorową wynika z tego, że warstwy tlenków na powierzchni stopu blokują wnikanie wodoru. Aby ocenić i porównać wysoką wrażliwość na kruchość między stopami aluminium, ładowanie wodorem jest zwykle wykonywane przed testami mechanicznymi1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Wiadomo jednak, że ładowanie wodoru aluminium nie jest łatwe, nawet przy użyciu metod ładowania wodoru, takich jak ładowanie katodowe15, powolne odkształcanie szybkości odkształcania pod wilgotnym powietrzem16, lub ładowanie gazem plazmy wodorowej17. Trudność w ładowaniu wodorem stopów aluminium wynika również z warstw tlenków na powierzchni stopu aluminium. Postulowaliśmy, że większe ilości wodoru mogą być wprowadzane do stopów aluminium, jeśli uda nam się w sposób ciągły usuwać film tlenkowy z wody. Termodynamicznie18, czyste aluminium bez warstwy tlenkowej łatwo reaguje z wodą i wytwarza wodór. Na tej podstawie opracowaliśmy nową metodę ładowania stopów aluminium wodorem opartą na reakcji chemicznej między wodą a beztlenkowym aluminium. Ta metoda jest w stanie w prosty sposób dodać duże ilości wodoru do stopów aluminium.

<table><tbody><tr><td>Piec powietrzny</td><td>GC</td><td>QC-1</td><td></td></tr><tr><td>Płyty ze stopu aluminium</td><td>Kobe Steel</td><td></td><td>Al/1,0 masy%%, Mg/0,8% masy%, Si</td></tr><tr><td>Bilans elektryczny</td>: <td>A& D</td><td>HR-200</td><td></td></tr><tr><td>Szklany pojemnik</td><td></td><td></td><td>Wykonane na zamówienie</td></tr><tr><td>Mieszadło magnetyczne</td><td>CORNING</td><td>PC-410D</td><td></td></tr><tr><td>Komparator optyczny</td><td>NIKON</td><td>V-12B</td><td></td></tr><tr><td>pH-metr</td><td>Sato Tech</td><td>PH-230SDJ</td><td></td></tr><tr><td>Rurka</td><td></td><td></td> kwarcowa <td>Wykonana na zamówienie</td></tr><tr><td>Obrotowa maszyna do polerowania</td><td>IMT</td><td>IM-P2</td><td></td></tr><tr><td>Wtórny mikroskop elektronowy</td><td>JOEL</td><td>JSM-5310LV</td><td></td></tr><tr><td>Chromatograf gazowy z czujnikiem</td><td>FIS Inc.</td><td>SGHA</td><td></td></tr><tr><td>Papier ścierny z węglika krzemu</td><td>IMT</td><td>531SR</td><td></td></tr><tr><td>Maszyna do prób rozciągania</td><td>Toshin Kogyo</td><td>SERT-5000-C</td><td></td></tr><tr><td>Piec rurowy</td><td>Honma Riken</td><td></td><td>Wykonane na zamówienie</td></tr></tbody></table>

Ładowanie wodorem aluminium za pomocą tarcia w wodzie

Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

Nowa metoda ładowania aluminium wodorem została opracowana za pomocą procedury tarcia w wodzie (FW). Ta procedura może łatwo wprowadzić duże ilości wodoru do aluminium w oparciu o reakcję chemiczną między wodą a aluminium pokrytym tlenkiem.

Generowanie/absorpcja wodoru w procedurze FW 
Rycina 2 przedstawia zachowanie generowania wodoru podczas procedury FW stopów Al-Mg-Si zawierających różne ilości żelaza od 0,1 mass % do 0,7 mass %. Próbka nieprzerwanie emitowała dużą ilość wodoru po rozpoczęciu obrotu mieszadła. Sugeruje to, że wodór był generowany w wyniku reakcji chemicznej wywołanej tarciem między powierzchnią stopu a wodą. Ponadto wartość pH wody podczas procedury FW nieznacznie wzrosła z 6,5–7,5, jak ...

Aby wprowadzić duże ilości wodoru do aluminium i stopów aluminium, opracowano nową metodę ładowania wodoru, zwaną procedurą tarcia w wodzie.

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high ...

Podczas ładowania stopów aluminium wodorem obecność filmu tlenkowego na powierzchni jest wyzwaniem. Aby rozwiązać ten problem, opracowaliśmy metodę, która może wprowadzić dużą ilość wodoru do stopów aluminium za pomocą tarcia w wodzie. Metodę najłatwiej zrozumieć, gdy można zwizualizować obrót mieszadła i próbki na bilecie polerskim.Sukces zależy od ustabilizowania obrotu mieszadła. Procedurę zademonstruje Pani Michiko Arayama, studentka studiów licencjackich z mojego laboratorium. Wykonaj próbki do badań ze stopu aluminium zgodnie z opisem w tekście.Przeprowadzić obróbkę cieplną w roztworze, podgrzewając próbki do badań w piecu powietrznym w temperaturze 520 stopni Celsjusza przez jedną godzinę, a następnie hartując próbki do badań w wodzie. W następnym etapie, obróbce cieplnej starzenia szczytowego, wyżarzaj próbki testowe w temperaturze 175 stopni Celsjusza przez 18 godzin. Ostatnim krokiem w przygotowaniu próbek do badań jest wypolerowanie powierzchni za pomocą papieru ściernego z węglika krzemu.Przed przystąpieniem do procedury tarcia w wodzie zważ i zmierz próbki do badań. Użyj wagi elektrycznej, aby zważyć próbki do badań z dokładnością do 0,0001 grama. Użyj komparatora optycznego, aby zmierzyć grubość i szerokość badanych próbek z dokładnością do 0,0001 milimetra.Procedura tarcia w wodzie odbywa się w magnetycznie mieszanym, specjalnie wykonanym naczyniu reakcyjnym. Na początek użyj kleju, aby przymocować dwie próbki do testów do trójkątnego pręta mieszającego z polimeru fluorowęglowodorowego. Następnie przygotuj naczynie reakcyjne, szklany pojemnik wykonany na zamówienie.Użyj taśmy dwustronnej, aby przymocować papier polerski do wewnętrznej strony naczynia reakcyjnego. Umieścić naczynie reakcyjne na mieszadle magnetycznym. Następnie umieść próbki do badań i mieszadło na papierze polerskim i naczyniu reakcyjnym i dodaj 100 mililitrów wody destylowanej.Umieść gumową osłonę na naczyniu reakcyjnym. Podłącz wlot gazu do argonu o wysokiej czystości i włącz gaz. Podłączyć wylot gazu do chromatografu gazowego.Włóż sondę pH do naczynia przez gumową osłonę. Włącz argon. Gdy gaz w naczyniu reakcyjnym zostanie całkowicie zastąpiony argonem, aparatura jest gotowa do ładowania próbek do badań ze stopu aluminium.Włącz mieszadło magnetyczne. Aby ustabilizować ruch mieszadła w wodzie, ważne jest kontrolowanie prędkości obrotowej. Najlepsza jest prędkość w zakresie od 60 obr./min do 240 obr./min.Co dwie minuty mierzyć stężenie wodoru za pomocą chromatografu gazowego i mierzyć pH. Po godzinie wyłączyć mieszadło magnetyczne i wyjąć próbki do badań oraz pręt mieszający z naczynia reakcyjnego. Aby odłączyć próbki do badań od mieszadła, zanurz je w acetonie i zastosuj wibracje ultradźwiękowe na pięć minut.Przed przejściem do następnego kroku zmierz wagę i grubość próbek do testów. Użyj maszyny do prób rozciągania, aby zmierzyć właściwości materiału próbek do badań. Ustaw prędkość poprzeczki maszyny na dwa milimetry na minutę.Następnie zmierz zależność naprężenie-odkształcenie dla badanych części. Aby obliczyć ilość wodoru wchłoniętego podczas procedury tarcia w wodzie, należy najpierw zmierzyć wodór uwalniany przez próbki do badań po podgrzaniu. Przytnij próbkę do prostokąta o wymiarach jeden na pięć na 10 milimetrów.Umieść próbkę do badań w rurce kwarcowej o średnicy 10 milimetrów i umieść rurkę kwarcową w piecu rurowym. Podłączyć probówkę do chromatografu gazowego i do źródła argonu. Włącz przepływ argonu.Podgrzej rurkę kwarcową zawierającą próbkę do badań, zwiększając temperaturę ze stałą szybkością 200 stopni Celsjusza na godzinę, aż osiągnie temperaturę 625 stopni Celsjusza. Podczas podgrzewania rurki kwarcowej i próbki do badań należy użyć chromatografu gazowego do pomiaru wodoru uwalnianego co dwie minuty. Tarciu w wodzie poddano stopy aluminiowo-magnezowo-krzemowe o trzech różnych stężeniach żelaza, 0,1% żelaza, 0,2% żelaza i 0,7% żelaza.Niezależnie od stężenia żelaza, badane próbki emitowały duże ilości wodoru podczas zabiegu. Analizę desorpcji termicznej przeprowadzono zarówno na próbkach nienaładowanych, jak i naładowanych wodorem. Niezależnie od stężenia żelaza w stopie, całkowite stężenie wodoru wzrosło w wyniku procesu tarcia w wodzie.W porównaniu z metodą wstępnego barwienia w wilgotnym powietrzu, tarcie w wodzie jest skuteczną metodą ładowania wodorem stopu aluminium. Analiza desorpcji termicznej wykazała wyższą szybkość uwalniania wodoru dla stopu ładowanego metodą tarcia w wodzie, a obliczone stężenie wodoru było znacznie wyższe. W porównaniu z próbkami stopów nienaładowanych, próbki stopów naładowanych wodorem wykazały niższą ciągliwość.Wskazuje to, że tarcie w procedurze wodnej spowodowało kruchość wodorową. Wtórna mikroskopia elektronowa została wykorzystana do zbadania morfologii pęknięć stopu aluminiowo-magnezowo-krzemowego zawierającego 0,1% żelaza. Po zabiegu tarcia w wodzie morfologia zmieniła się na pęknięcie granicy ziaren.Wskazuje to, że atomy wodoru wprowadzone w procesie tarcia w wodzie wzmacniały dekohezję granic ziaren, prowadząc do kruchości wodorowej. Możliwe jest ładowanie wodorem stopów aluminium poprzez ekspozycję i wilgotne powietrze z kruchym odkształceniem przy powolnej szybkości mieszania. Jednak obecna metoda skutkuje większą ilością ładowania wodorem.Metoda ta ułatwia naukowcom ocenę wrażliwości stopów aluminium o różnym składzie chemicznym na kruchość wodorową. Może znaleźć zastosowanie do opracowania materiałów do magazynowania wodoru.

hydrogen-charging-of-aluminum-using-friction-in-water

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Badanie metod generowania wodoru na żądanie dla ogniw paliwowych wciąż zyskuje na znaczeniu. Jednak systemy do pomiaru wydzielania wodoru w wyniku reakcji chemikaliów z wodą mogą być skomplikowane i kosztowne. W tym artykule szczegółowo opisano prostą, tanią i solidną metodę pomiaru wydzielania się wodoru.

Prosty, tani i wytrzymały system do pomiaru objętości wodoru wydzielającego się w reakcjach chemicznych z roztworami wodnymi

Ultradrobna zawiesina nanocząsteczek wodorotlenku glinu została przygotowana poprzez kontrolowane miareczkowanie [Al(H2O)]3+ z L-argininą do pH 4,6 z i bez uwięzienia w mezoporowatych kanałach MCM-41.

Łatwe przygotowanie ultradrobnych cząstek wodorotlenku glinu z mezoporowatym MCM-41 lub bez niego w środowisku otoczenia

Przedstawiono protokół wytwarzania nanoporowatych anodowych tlenków glinu poprzez jednoczesną anodowanie wielu powierzchni, po której następują odwrócone odchylenia podobne do schodów. Może być wielokrotnie nakładany na to samo podłoże aluminiowe, wykazując łatwą, wysokowydajną i czystą dla środowiska strategię.

Jednoczesne anodowanie wielopowierzchniowe i schodowe odchylenia odwrotne Anodowe tlenki glinu w elektrolicie kwasu siarkowego i szczawiowego

Metodologia testów do ilościowego określania właściwości trybologicznych polimerów stosowanych w infrastrukturze wodorowej została zademonstrowana i omówiono charakterystyczne wyniki dla wspólnego elastomeru.

In Situ Wysokociśnieniowe badania trybologiczne wodoru powszechnie stosowanych w infrastrukturze dostarczania wodoru

Tutaj prezentujemy protokół do pomiaru szybkości trybokorozji i synergii zużycia i korozji cienkich warstw i luzem stopów Al w symulowanej wodzie morskiej w temperaturze pokojowej.

Określanie szybkości trybokorozji i synergii zużycie-korozji masowych i cienkowarstwowych stopów aluminium

W tej pracy opisujemy protokół wytwarzania nanodrutów żelaza, w tym tworzenie porowatej membrany z tlenku glinu, która jest używana jako szablon, elektroosadzanie do szablonów za pomocą roztworu elektrolitu i uwalnianie nanodrutów do roztworu.

Wytwarzanie nanodrutów żelaza za pomocą nanoporowatego anodowanego aluminium i jego charakterystyka

Reaktory membranowe umożliwiają uwodornienie w warunkach otoczenia bez bezpośredniego dopływu H2. Możemy śledzić produkcję i wykorzystanie wodoru w tych systemach za pomocą atmosferycznej spektrometrii mas (atm-MS) i spektrometrii mas chromatografii gazowej (GC-MS).

Produkcja i wykorzystanie wodoru w reaktorze membranowym

Ten protokół wprowadza projektowanie i ocenę innowacyjnych trójwymiarowych elektrod do ogniw paliwowych z nadtlenkiem wodoru, wykorzystujących tkaninę z włókna węglowego galwanizowanego Au i elektrody z pianki niklowej. Wyniki badań podkreślają potencjał nadtlenku wodoru jako obiecującego kandydata na zrównoważone technologie energetyczne.

Bezmembranowe ogniwa paliwowe z nadtlenkiem wodoru jako obiecujące źródło czystej energii

Protokół ten kieruje wytwarzaniem i analizą elektrochemiczną elektrokatalizatorów CuZn i NiCo wspieranych przez MXene do produkcji zielonego paliwa z dwutlenku węgla i wody z wykorzystaniem energii słonecznej.

Produkcja elektrochemicznego zielonego paliwa napędzanego energią słoneczną zCO2 i wody z użyciem katalizatorów CuZn i NiCo wspieranych przez Ti, 3C,2Tx MXene

Celem niniejszego eksperymentu jest określenie i kontrolowanie wielkości, kształtu oraz stabilności samoorganizujących się amfifili dyskotycznych w wodzie. W przypadku wodnych polimerów supramolekularnych osiągnięcie takiego poziomu kontroli jest bardzo trudne. Zastosowano strategię wykorzystującą zarówno oddziaływania odpychające, jak i przyciągające. Techniki eksperymentalne użyte do charakterystyki tego układu mają szerokie zastosowanie.

Kontrola rozmiaru, kształtu i stabilności polimerów supramolekularnych w wodzie

Odkryj metodę ładowania wodorem stopów aluminium za pomocą tarcia w wodzie, pokonującą barierę tlenku powierzchniowego. Technika ta umożliwia wprowadzenie dużych ilości wodoru do materiałów.

Ładowanie wodorem aluminium za pomocą tarcia w wodzie

Przeglądaj więcej filmów