Математическое моделирование процессов взаимодействия водорода с металлами при анодной обработке Шалимов Ю. Н., Нечаев В. Н., Миленина Е. С., Белякова Н. В., Сапина И. А
| Вид материала | Документы |
- Математическое моделирование термомеханических процессов в системах армированных стержней, 259.01kb.
- Правительстве Российской Федерации» (Финансовый университет) Кафедра «Математическое, 246.23kb.
- Лекция Моделирование физических процессов, 111.71kb.
- Cols=2 gutter=66> Математическое моделирование и процесс создания математической модели, 130.19kb.
- Математическое моделирование процессов самоорганизации в широкополосных системах 05., 181.86kb.
- Практический семинар математическое моделирование, 80.33kb.
- Математическое моделирование негауссовых случайных процессов на основе моментных функций, 321.55kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ен. Р. 02 Математическое моделирование процессов, 353.5kb.
- Вторая Международная научная конференция моделирование нелинейных процессов и систем, 145.53kb.
- Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине 05. 13., 115.28kb.
Математическое моделирование процессов взаимодействия водорода с металлами при анодной обработке
Шалимов Ю. Н., Нечаев В.Н., Миленина Е. С., Белякова Н.В., Сапина И.А.
ФГУП НКТБ «Феррит», Воронеж, Россия
Строго говоря, механизм наводораживания некоторых металлов при их анодной обработке имеет неоднозначное объяснение у ряда авторов. Титан, обладая исключительно высокой активностью, при взаимодействии с водородом образует гидриды даже при комнатной температурах.
Попытка авторов установить взаимосвязь количеств растворенного водорода с химическим составом титановых сплавов не дала четкой зависимости от концентрации легирующего компонента. Однако сам факт наводораживания титана и его сплава при анодной обработке не находит подтверждение, а механизм образования гидридов до сих пор является недостаточно изученным.
Безбарьерный перенос водорода на катоде должен осуществляться при некоторой температуре, значение которой зависит от химического состава электролита и плотности тока. По данным зависимости lgi=f(103/T) определена температура безбарьерного перехода для ионов водорода; в результате проведенного нами эксперимента удалось установить, что градиент температуры в зоне реакции намного превышает расчетные значения. А это в свою очередь дает основание высказать предположение о возможности механизма переноса иона Н+ в структуру металла при его анодной обработке на основании экспериментальных и модельных представлений об аналогичных процессах.
Так в процессе обработки температура электролита в зоне реакции будет изменяться и ее измерение не всегда возможно, то для стационарного процесса при наличии параллельно протекающих реакций, нами предложена аналитическая формула определения температуры при электродном слое через технологические параметры.
Такое уравнение имеет вид:
(1)ΔТ- превышение поверхностной температуры электрода над средней в электролите
iэ -плотность тока электрода (А/дм2)
τэкс- время экспозиции (мин).
а- безразмерный коэффициент, находится через номограграммы.
Номограмма представляет собой семейство прямых, а=f(τэкс) для различных значений iэ.
На основании экспериментальных данных по наводораживанию титана при его анодной обработке и результатов по определению поверхностной температуры можно представить физико-химические основы модели взаимодействия водорода с металлическим титаном. Образующиеся ионы H+ в результате протекания на аноде параллельной реакции окисления воды частично гидратируется с образованием иона гидроксония (Н3О+), частично используя барьерный переход, взаимодействуют со свободными атомами металла. Ион водорода, являясь химически активной частицей, легко вступает во взаимодействие со свободным атомом титана. При безбарьерном переходе иона водорода следует учитывать фактор взаимодействия теплового поля (термодиффузию). Вектор этого поля направлен противоположно вектору электрического поля, т.е. увеличивает вероятность безбарьерного перехода. Это обусловлено тем, что ионы Ti2+, Ti3+, Ti4+ и ионы Н+ в двойном электрическом слое гидратируются, а выделяющаяся при этом тепловая энергия создает в поверхностном слое градиент температуры, вследствие которого возникает термодиффузия частиц.
По результатам эксперимента и аналитических расчетов при анодной обработке титана реализуются температуры в зоне реакции порядка 100-120ºС.