THE TRAPPING PHENOMENA OF HYDROGEN STUDIED BY THE ELECTROCHEMICAL PERMEA—TION TECHNIQUE AND THE DISCUSSION OF SEVERAL EXPERIMENTAL PROBLEMS

本文运用电化学渗透技术研究了18Ni 马氏体时效钢的氢扩散和捕集现象。结果表明,时效试样内存在析出相颗粒,使表观氢扩散系数减小,其原因是析出相界面捕集氢,阻滞了氢输运过程的进行;并发现500℃时效3h 表观扩散系数最小,扩散激活能最大,因为该制度时样品内析出相颗粒的数量最多,分布最弥散,此时的析出相界面捕集能为10.0kJ/mol,陷阱密度(室温时)为3.4×10~(26)/m~3。最后就常规双电解池式的电化学渗透实验,分析和讨论了几个值得注意的问题。     

JBK—75合金氢渗透的研究

本工作采用气相渗透技术,测定220—420℃温度范围内,JBK—75合金的氢渗透率和扩散系数,研究了 JBK—75合金中沉淀析出相γ′对氢渗透行为的影响。结果表明,740℃时效析出的γ′相对氢的扩散行为没有明显影响;在实验温度范围内,氢在 JBK—75合金中的渗透行为遵循Arrhenius 关系式,渗透率和扩散系数与温度的关系分别表示为Φ=4.36×10~(-4)exp[-62.10(kJ/mol)/RT]mol/(m·s·MPa~(1/2))D=3.01×10~(-7)exp[-48.52kJ/mol)/R7]m~2/s     

氢在Zn-Ni-Cd合金镀层中的渗透特性

氢吸附在金属表面和进入基体晶格会影响其性能,目前对氢的渗透特性研究不够。采用电化学氢渗透技术和计算机曲线拟合方法得到了氢在工业纯铁箔片中的有效扩散系数,并利用氢在工业纯铁箔片中的扩散系数与在Zn-Ni-Cd合金镀样中的扩散系数相差几个数量级的特点,求得了氢在Zn-Ni-Cd合金镀层中的扩散系数为2.111 4×10-10cm2/s,表观溶解度为6.398 5×10-4mol/cm3,为后续的Zn-Ni-Cd阻氢镀层特性研究提供了重要依据。     

纯铁中的氢扩散系数影响因素研究

采用电化学渗透双电解池试验方法测定了不同条件下纯铁中的氢扩散系数。结果表明:材料状态、试样厚度、氢渗透次数影响纯铁氢扩散系数,原始态纯铁的氢扩散系数略高于三次淬火态试样的;随着试样厚度的增加,氢扩散系数逐渐变大;同一位置二次氢渗透的扩散系数高于一次渗透氢的扩散系数。     

API X52管线钢在饱和硫化氢气田水溶液中的氢渗透与氢致开裂行为

天然气输送管道氢致开裂问题日益突出,而API X52管线钢在气田模拟水溶液中氢渗透和氢致开裂的研究较少。模拟了饱和硫化氢某气田水溶液,采用电化学和恒载荷拉伸试验方法,测定了API X52管线钢在不同充氢电流密度下的氢扩散系数、可扩散氢浓度(ω0)及管线钢氢致开裂临界可扩散氢浓度(ωHIC)。结果表明:API X52管线钢可扩散氢浓度(ω0)与充氢电流密度呈线性关系,即ω0=0.99+0.07J;其恒载荷下开裂临界可扩散氢浓度的对数值(lnωHIC)随拉应力(σ)呈线性下降,即σ=475-450lnωHIC。     

冷加工对氢在纯 Ni 中渗透和扩散行为的影响

本工作采用超高真空气相氢渗透技术,在140—400℃温度范围内,测定了氢在纯 Ni(不同冷变形量)中的渗透率、扩散系数和溶解度常数,研究了冷加工对氢渗透和扩散行为的影响。结果指出,在实验温度范围内,氢在纯 Ni 中的渗透率和扩散系数均遵循 Arrhenius 方程,纯 Ni 的冷加工对氢渗透和扩散行为没有明显影响。     

La0.75Mg0.25Ni3.5Si0.10贮氢合金高温动力学性能的研究

贮氢合金在高温下会表现出与常温不同的电化学特性,以La0.75Mg0.25Ni3.5Si0.10合金为研究对象,采用交流阻抗谱和电位阶跃方法,对其高温使用环境下（30～70℃）的高倍率放电特性和动力学性能进行了深入的研究。研究结果表明合金的动力学性能是由电化学反应与氢的扩散共同控制的,合金的电荷传递电阻随温度升高而减小,高温有助于电极表面电化学反应速度的提高;但对于La0.75Mg0.25Ni3.5Si0.10合金存在最佳氢扩散温度,当温度高于其最佳温度时,由于释氢等副反应的进行,以及氧化腐蚀反应的加剧等,使合金的扩散系数反而减小;在合金表面电化学反应速度与氢扩散系数共同作用下,La0.75Mg0.25Ni3.5Si0.10合金高倍率放电性能在45℃时最优异,当温度高于45℃时反而降低。     

Pd8Y0.23Ru合金膜氢渗透率稳定性的研究

针对Pd8Y0.23Ru合金膜在透氢起始阶段氢渗透率不稳定的问题,分别采用XPS、SEM以及XRD对合金膜的表面成分、形貌以及相结构进行了研究。结果表明,氢渗透率升高是由两方面原因造成的:一是氢渗透过程中除去了占据合金膜表面活性解离位点的含C杂质,加快了氢气的解离,渗透控速过程逐渐转变为体扩散过程,使实验初期渗透率显著升高;二是氢渗透过程中,合金膜存在再结晶现象,导致晶粒细化,增加了晶界扩散占比,使氢原子体扩散系数变大。     

EFFECT OF HYDROGEN ON THE MICROSTRUCTURE OF SUPER-α2 ALLOY WITH β SOLUTION AND AGEING TREATMENT

借助透射电镜和Ｘ射线衍射仪探讨了氢对Ｓｕｐｅｒ－α２合金β固溶后时效组织的影响，结果表明，氢使时效组织显著细化，使析出相呈细小板条状规则排布，此外，氢还促进Ｂ２相转变为Ｏ相。     

力学因素对钢中氢扩散行为的影响

采用阴极电解渗氢法和气相色谱测氢法研究了塑性变形和负载应力对氢在钢中的溶解和逸出的影响,认为:随塑性变形和负载应力的增加氢的溶解度和溶解时的扩散系数增大,溶解扩散激活能减小;氢逸出时的扩散系数减小逸出扩散激活能增大;电解渗入的氢有一部分不能扩散逸出,这部分残留下来的氢随溶解氢量的提高而增加;溶解扩散系数比逸出扩散系数大一个数量级。     

316L不锈钢基体氧化铝涂层的氢渗透性能

在316L不锈钢上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法沉积了氧化铝涂层。使用XRD、SEM分析氧化铝涂层的物相和微观形貌, 采用气相氢渗透装置对涂层氢渗透行为进行表征。结果表明, 973 K退火处理后涂层为非晶氧化铝, 涂层均匀、完整, 厚度为190 nm。氧化铝涂层的氢渗透压力指数为0.56~0.78, 说明氢渗透过程机制为表面过程和体扩散过程共同控制。氧化铝涂层的表观氢渗透率为P = 1.99×10^-6 exp(-117×10³/RT) mol/(m·s·Pa^1/2)。氧化铝涂层的氢渗透激活能为117 kJ/mol, 远高于316L不锈钢的66.6 kJ/mol, 涂层对氢的渗透具有明显的阻挡作用。此外, 在873~973 K氧化铝涂层对316L不锈钢的氢渗透阻挡因子(PRF)为59~119, 涂层氢渗透阻挡性能优异。     

Ru对第四代镍基单晶高温合金DD22长期时效组织演化的影响EI北大核心CSCD

利用透射电镜和场发射扫描电镜研究了两种不同Ru含量(3%和5%,质量分数)的第四代镍基单晶高温合金DD22在1130℃长期时效过程中γ′相形貌演化、TCP相析出和界面位错网的演化情况。研究结果表明:在完全热处理后5Ru合金比3Ru合金的γ′相尺寸更小,形状更规则,γ/γ′相界面的错配度更大,高Ru含量使合金Re,Mo等元素出现反分配现象;5Ru合金在1130℃长期时效过程中γ′相粗化速率、溶解速率和形筏速率均低于3Ru合金;5Ru合金在长期时效1000 h后仍没有TCP相析出,而3Ru合金在时效50 h后便析出TCP相,随着长期时效时间延长,TCP相数量增多,尺寸增大;与3Ru合金相比,长期时效1000 h后5Ru合金γ′/γ界面位错网更加致密和规则;综上所述,Ru的元素反分配作用和低的扩散系数使5Ru合金比3Ru合金表现出更高的组织稳定性。     

LZ45CrV车轴钢氢扩散行为及氢鼓泡探究

为了探究LZ45Cr V车轴钢与氢的交互作用,采用Devanathan电化学充氢技术测量了LZ45Cr V车轴钢的氢扩散系数,通过偏振光显微镜观察了氢鼓泡特征,研究了组织结构对氢扩散行为的影响。结果表明:LZ45Cr V车轴钢25°C下的氢扩散系数为1.101×10~(-6)cm~2/s,其细化的金相组织以及较大铁素体中析出的VC粒子,大幅增加了钢中的氢陷阱数量,从而使得LZ45Cr V车轴钢具有较低的氢扩散系数和较高的产生氢鼓泡临界可扩散氢浓度。     

异形纤维捕集颗粒过程的格子Boltzmann法数值模拟

为了探究异形纤维的截面形状和放置角度对捕集效率、系统压降及除尘器综合性能的影响,对布袋除尘器中三角形、十字形及三叶形3种异形纤维捕集颗粒的过程进行研究;采用格子Boltzmann-元胞自动机气-固两相流模型定量描述颗粒的运动过程,计算扩散、拦截及惯性碰撞3种捕集机制下纤维的捕集效率,并且与相同体积分数的圆柱纤维进行比较。结果表明:对于十字形和三叶形纤维,当长短轴比越大时,捕集效率也越大;对于拦截机制占主导时较难捕集的中等大小颗粒,三角形和三叶形纤维放置角度为60°时更有利于捕集。     

SA516Gr70热轧容器钢板的氢渗透特征

利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等仪器对SA516Gr70热轧容器钢板的显微组织结构进行了分析,并采用氢渗透试验和无损探伤方法研究了其氢渗透特征及开裂行为。结果表明:SA516Gr70容器钢板的显微组织为呈带状分布的铁素体和珠光体,亚结构中含有大量的位错及少量的第二相,并含有大尺寸的复合夹杂物;SA516Gr70容器钢板中的可扩散氢含量随着氢渗透时间的延长而增加,极限氢含量(质量分数,下同)约为0.000 784%;在10mA·cm-2氢渗透电流密度作用下,可扩散氢含量在0.000 409%以下时SA516Gr70容器钢板不会发生氢致开裂,当可扩散氢含量达到0.000 549%以上时便会发生氢致开裂。     

氢对Super－α2合金β固溶后时效组织的影响

借助透射电镜和Ｘ射线衍射仪探讨了氢对Ｓｕｐｅｒ－α２合金β固溶后时效组织的影响．结果表明，氢使时效组织显著细化，使析出相呈细小板条状规则排布．此外，氢还促进Ｂ２相转变为Ｏ相．     

可控电磁能(CEME)时效处理下Al-Zn-Mg-Cu合金的析出及强化机理研究

文中提出了可控电磁能(CEME)铝合金辅助时效处理技术,研究了脉冲电磁场产生的可控电磁能对Al-Zn-Mg-Cu合金析出相密度、尺寸分布及力学性能的影响并分析了组织强化机制.引入磁-热扩散模型和量子力学探讨外加脉冲磁能作用下Al-Zn-Mg-Cu合金的扩散析出机理.结果表明,施加脉冲电磁场有利于增加析出质点数量,而延长时效可促进析出相长大,经脉冲电磁场时效1 h后的析出相分布密度为1.124μm-2,约为传统时效12 h的3倍,其抗拉强度分别为506 MPa和542 MPa;随着析出相尺寸的增大,强化机理由共格应变场强化机制(OS)过渡至Orowan绕过强化模型(CS),理论临界析出颗粒尺寸为20 nm.动力学分析认为,外加磁能对扩散激活能的Gtot作用较小,提高原子振动频率v0是增加析出质点数量的主要原因.     

用电化学方法测定氢在GC-4钢中的扩散系数

研究高强度钢的氢脆问题迫切需要有一种灵敏有效的测氢方法。本研究提出了测定氢在GC-钢中浓度的电化学方法。本部分是测定氢在GC-钢中的扩散系数。山于氢在高强度钢中达不到稳态极限扩散,所以只能用各种非稳态法测其表观扩散系数。本文对比了“两点法”、“斜率法”和“穿透时间法”等三种非稳态计算方法,认为“穿透时间法”简便而重现性好,是较好的一种非稳态方法。用这种方法测定氢在GC-4钢中的表观扩散系数为4.10×10~(-7)cm~2/s。     

Nb90W5M5三元固溶体合金的结构和氢渗透性能

合金化是改善Nb金属氢脆问题的有效途径。本文制备了Nb90W5M5三元(M=Co,Ni,Mo,Ti)合金,利用XRD、SEM、PCT、电化学测试和三点弯曲试验研究其相结构、氢化物形成焓、氢扩散系数和机械力学性能。研究证实,Nb90W5M5(M=Co,Ni,Mo,Ti)均为Nb基固溶体结构(Nb-bcc),受原子半径的影响,Nb90W5M5三元合金均有不同程度的晶格畸变现象。Nb90W5Co5合金的晶胞体积畸变收缩明显、晶格点阵常数最小,在Nb基固溶体的晶界和晶内缺陷处有富Co的NbCo化合物固溶组织析出。Nb90W5Co5合金具有低的氢化物形成焓绝对值(-22.3 kJ/mol)、高的氢扩散系数(1.57×10-9 cm^2/s)、高临界载荷(78.4 N),表现出良好的抗弯力学性能和氢渗透性能,这与其多元掺杂导致的微观结构特征有关。     

超高强度马氏体时效钢的力学行为与微观组织演化的关系

用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)等手段研究了2.4 GPa级超高强度马氏体时效钢在时效过程中析出相的演化规律及其与材料力学性能的关系。对组织观察的结果表明,马氏体时效钢在时效过程中析出相的演化规律分为三个阶段：时效初期富Ni和富Ti团簇的形成、峰时效期金属间化合物Ni₃Ti及其界面处富Mo相的形成、过时效阶段Ni₃Ti的粗化和富Mo相过渡为Ni₃Mo。力学性能的实验结果表明,随着时效时间的延长抗拉强度呈现先提高后降低的趋势,时效时间为4 h时抗拉强度达到最大值2560 MPa。断裂韧性呈现与抗拉强度相反的变化趋势,时效时间为4 h时的断裂韧性值最低,仅为20 MPa·m^1/2。根据不同时效阶段材料中析出相的演化规律,探讨了马氏体时效钢的力学行为与析出相的关系。