Overfladeeffekter påvirker fordelingen af ​​brint i metaller

Forskerne fra Peter den Store St.Petersburg Polytechnic University (SPbPU) og Institute of Problems of Mechanical Engineering ved Det Russiske Videnskabsakademi undersøgte fordelingen af ​​brint i metaller i processen med standardtest for brintkrakning. De fandt ud af, at der er en overfladeeffekt, der ikke lader brint komme ind i metallet. Dette kan resultere i fejl i industriel kvalitetskontrol af materialer, og til grundlæggende fejl i form af videnskabelig forskning af brintskørhed. Fundet blev offentliggjort i International Journal of Continuum Mechanics and Thermodynamics .

Brint påvirker egenskaberne af forskellige materialer i høj grad, hvilket er vigtigt for næsten alle industrielle teknologier. Det kan trænge ind i det smeltede metal og forblive i det efter størkning. Under brug af metaldele, brintmætning opstår på grund af korrosion, friktion eller plastisk deformation. Vand er den mest almindelige kilde til brint. Egenskaberne af metaller påvirkes drastisk i nærværelse af eventuelle tilsætningsstoffer. De bliver skøre, sprække, miste holdbarhed. Kun et brintatom pr. hundredtusindvis af metalatomer er nok, mens andre urenheder kan forårsage nogen skade i meget højere koncentrationer. En lille koncentration af brint er svær at fikse, som giver problemer med den direkte måling af dets indhold i metaller, især dets fordeling inden for mikrontykke metallag. Indirekte målinger bruges normalt, i særdeleshed, tidspunktet for mætning med brint er normaliseret.

Byggematerialer testes før brug under brintmætningsforhold. De mest almindelige er den elektrokemiske mætning af metalprøver i en elektrolytopløsning og mætning i en neutral saltopløsning, mens der passerer hydrogensulfid. Det anses normalt for, at disse metoder giver universel mætning af prøverne svarende til naturlige forhold.

Forskere har fundet ud af, om dette er sandt. Undersøgelserne blev udført på en meget følsom industriel massespektrometrisk brintanalysator. Det var muligt at måle fordelingen af ​​brintkoncentrationer i stålprøver af en standardform lavet af rustfrit, rør, bro og vejrbestandigt stål. Overfladeeffekten blev påvist:Den er baseret på, at der opstår en unormalt høj koncentration af brint i det tynde lag af metal ved prøvens overflade, hvilket er hundredvis af gange højere end den interne brintkoncentration. Dette overfladelag af metal, med en tykkelse på omkring 50 mikron, skaber en slags "skjold", der forhindrer, at brint trænger ind i metallet. En teoretisk model blev også udviklet med hensyn til den matematiske beskrivelse af dette fænomen.

"Dette er et nyt kig på den industrielle test af hydrogenresistens af metaller, anvendes i mange standardiserede metoder til kvalitetskontrol. Det viser sig, at det ikke svarer til den faktiske brintmætning, der opstår under udnyttelse af metaldele. Dette forårsager fejl i vurderingen af ​​metallers egenskaber. Det er vigtigt at forstå, at moderne højstyrkelegeringer er meget følsomme over for påvirkning af brint, så yderligere test og udvikling af nye metoder til industriel test er påkrævet, siger Vladimir Polyansky, professor i SPbPU. "Vi planlægger at undersøge, hvor meget overfladeeffekten, vi opdagede, manifesteres i rigtige konstruktioner, der udsættes for termomekaniske belastninger, og hvad er forholdet mellem modelbrintmætning og metallernes skørhed, der opstår under virkelig industriel udnyttelse."