Наблюдая эффекты водорода в металле

водород, второй мельчайшей всех атомов, могут проникать право в кристаллическую структуру твердого металла. Это хорошая новость для усилий в магазин водородного топлива безопасно внутри самого металла, но это плохая новость для структур, таких как сосуды под давлением в ядерных установках, где поглощение водорода в конечном счете делает металлические стенки сосуда более хрупкими, которые могут привести к отказу. Но этот процесс хрупкости трудно наблюдать, потому что атомы водорода диффундируют очень быстро, даже внутри твердого металла.

На этом рисунке показаны основные элементы системы, используемые команды: Разноцветные плиты в центре представляет собой металлический слой исследуемого, бледно-синяя область слева представляет собой раствор электролита, используемый в качестве источника водорода, маленькие голубые точки являются атомами водорода, и зеленые лазерные лучи на правом исследуют процесс. Большой цилиндр справа представляет собой датчик, используемый для отступа металла, чтобы проверить его механические свойства. Предоставлено исследователей

Сейчас, Исследователи из Массачусетского технологического института выяснили, как обойти эту проблему, создавая новый метод, который позволяет наблюдать поверхность металла во время проникновения водорода. Их результаты описаны в статье появляющейся сегодня в Международный журнал водородной энергетики, от MIT постдок Jinwoo Ким и Томас B. Король Доцент металлургии C. Cem Tasan.

«Это, безусловно, крутой инструмент,»Говорит Крис Сан Марчи, выдающийся член технического персонала в Sandia National Laboratories, который не был вовлечен в эту работу. «Эта новая платформа визуализации имеет потенциал для решения некоторых интересных вопросов о транспорте водорода и захвате в материалах, и, возможно, о роли кристаллографии и микроструктурных составляющих на процесс хрупкости.»

Водородное топливо считается потенциально важным инструментом для ограничения глобального изменения климата, поскольку это высокоэнергетический топливо, которое в конце концов, можно было бы использовать в автомобилях и самолетах. тем не мение, дорогие и тяжелые танки высокого давления необходимы, чтобы содержать его. Хранение топлива в кристаллической решетке самого металла может быть дешевле, легче, и безопаснее - но сначала процесс, как водород входит и выходит из металла должен быть лучше понят.

«Водород может диффундировать при относительно высоких скоростей в металле, потому что это настолько мала,»Tasan говорит. «Если взять металл и поставить его в водородной среде, богатой, это поглощение водорода, и это приводит к водородной хрупкости," он говорит. Это потому, что атомы водорода имеют тенденцию к сегрегации в некоторых частях металлической кристаллической решетки, ослабление его химических связей.

Новый способ наблюдения процесса хрупкости, как это происходит, может помочь выявить, как хрупкость сработала, и он может предложить пути замедления процесса - или избежать его путем разработки сплавов, которые менее подвержены хрупкости.

Sandia в Сан-Марчи говорит, что «этот метод может играть важную роль - в координации с другими методами и моделирования - для освещения водородные дефектов взаимодействия, которые приводят к водородному охрупчиванию. С более полным пониманием механизмов водородного охрупчивания, материалы и микроструктуры могут быть разработаны, чтобы улучшить их работу в экстремальных условиях водорода «.

Ключ к новому процессу мониторинга был разрабатывает способ воздействия металлических поверхностей в среде водорода, а внутри вакуумной камеры с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Так как СЭМ требует вакуума для его функционирования, газообразный водород не может быть заряжена в металл внутри прибора, и если предварительно заряжаются, газ диффундирует быстро. Вместо, исследователи использовали жидкий электролит, который может содержаться в хорошо закрытой камере, где она подвергается нижней стороне тонкого листа металла. Верхняя часть металла подвергаются воздействию пучка электронов SEM, который затем может исследовать структуру металла и наблюдать эффекты атомы водорода мигрируют в нее.

Водород из электролита «диффундирует весь путь через к вершине» металл, где его последствия можно увидеть, Tasan говорит. Базовая конструкция этой системы, содержащейся также может быть использована и в других видах вакуумных приборов на основе для обнаружения других свойств. «Это уникальная установка. Насколько мы знаем, единственный в мире, который может реализовать что-то подобное," он говорит.

В своих первоначальных испытаниях трех различных металлов - два различных видов нержавеющей стали и титановый сплав - исследователи уже сделали некоторые новые выводы. Например, они наблюдали процесс формирования и роста наноразмерной гидридной фазы в наиболее часто используемом титановом сплаве, при комнатной температуре и в режиме реального времени.

РАЗРАБОТКУ герметичной системы имеет решающее значение для создания работы процесса. Электролита необходимо зарядить металла с водородом, «Немного опасно для микроскопа,»Tasan говорит. «Если образец не удается, и электролит поступает в камеру микроскопа,»Он может проникать глубоко в каждый закоулок устройства и трудно вычистить. Когда пришло время, чтобы провести свой первый эксперимент в специализированной и дорогостоящей аппаратуре, он говорит, «Мы были рады, но и очень нервничал. Было маловероятно, что неисправность будет иметь место, но всегда есть, что страх «.

Kaneaki Tsuzaki, выдающийся профессор химической инженерии в Университете Кюсю в Японии, который не принимал участие в этом исследовании, говорит, что это «может быть ключевым методом, чтобы решить, как водород влияет на движение дислокаций. Это очень трудно, так как кислотный раствор для водорода катодной зарядки циркулирует в камере SEM. Это одна из самых опасных измерений для машины. Если циркуляционные суставы просачиваться, очень дорогой сканирующего электронного микроскопа (SEM) будет нарушено из-за кислотным раствор. Очень тщательная разработка и установка очень высокая квалификация необходимы для изготовления этого измерительного оборудования «.

Tsuzaki добавляет, что «как только достигается, выходов по этому способу будет супер. Она имеет очень высокое пространственное разрешение в связи с SEM; это дает in-situ наблюдений под хорошо контролируемой атмосфере водорода.»В результате, он говорит, он считает, что Tasan и Ким «получат новые результаты движения дислокаций водородных этого нового метод, решить механизм механической деградации водорода индуцированных, и разрабатывать новые водородные-стойкие материалы «.

Источник: HTTP://news.mit.edu, Дэвид L. лавочник