В связи с тем что диффузия в железе водорода, образующегося в результате химической или электрохимической реакции на поверхности металла, имеет большое практическое значение, этот вопрос изучался в ряде экспериментальных работ. Установлено, что интенсивность процесса зависит от всех факторов, влияющих на концентрацию протонов на поверхности металла: состава электролита, плотности тока, температуры, давления и др.
Эндрью и его сотрудники измеряли скорость диффузии газообразного водорода через сталь и нашли, что для обычных малолегированных сталей скорость диффузии водорода практически не зависит от состава стали. Изучение зависимости диффузии водорода от структурных форм железа показывает, что при 'постоянной температуре водород быстрее диффундирует через α-железо, чем через γ-железо. Коэффициенты диффузии водорода в α- и γ-железе, а также в некоторых сплавах, полученные Геллером и Так Хо Суном, приведены на рис. 77.
С. С. Носырева, изучавшая скорость диффузии водорода через тонкие мембраны из углеродистой стали в условиях катодной поляризации, нашла, что при низких температурах существует связь между скоростью диффузии водорода и структурой стали. При высоких температурах скорость диффузии водорода в железе не зависит от структуры. Гельд с сотрудниками, обстоятельно изучившие в ряде работ водородопроницаемость различных структурных форм стали, считают, что наиболее проницаемой для водорода является структура зернистого цементита, причем ее преимущества более заметны при повышении содержания углерода.
Рис 77. Коэффициенты диффузии водорода в железе и сплавах Fe-Si в зависимости от температуры:
1 - чистое α-Fe; 2, 3, 4, 5 и 6 - чистое железо с добавками соответственно 1,06% Si, 1,85% Si, 3,11% Si, 4,33% Si и 27,45% Si; 7 - чистое γ-Fe; 8 - γ-Fe с добавкой 18% Cr и 8,9% Ni.
Ряд работ был посвящен вопросу о влиянии величины зерна на диффузию водорода в железе. Исследованиями Эдвардса, Смиттелса, Ренслея и других было установлено, что диффузия водорода в железе протекает транскристаллически по всей решетке и границы зерна или плоскости спайности не имеют преимущественного значения. Позднее этот вопрос был дополнительно исследован Шуманом, данные которого также подтвердили справедливость такой точки зрения. Шуман отмечает, что если рассматривать диффузию водорода как структурно чувствительный процесс, что допустимо в связи с обменным взаимодействием заряженных ионов водорода с электронным газом и ионами металла, то все сомнения в том, идет ли диффузия водорода непосредственно через зерна или преимущественно по границам между зернами, вообще отпадают, так как влияние величины зерна полностью перекрывается действием энергетических барьеров между отдельными структурными элементами, возникшими в результате всего комплекса предшествующих воздействий на металл.
Высказывалось мнение, что в процессе сорбции и диффузии водород может находиться в металле в различных состояниях, которым соответствуют две различные скорости диффузии. Предполагалось, что при электролитическом насыщении одна часть водорода растворяется в кристаллах железа в виде протонов и поскольку растворимость водорода в железе при комнатной температуре весьма мала, то после выключения тока этот водород стремится быстро выделиться из кристалла. Другая, большая часть находится в металле в виде скоплений газообразного водорода на границах зерен и в пустотах. Удаление же молекулярного водорода из замкнутых пор - процесс весьма медленный; для ускорения его необходимо нагреть металл до таких температур, при которых поверхностная диссоциация и растворение атомарного водорода протекают с измеримой скоростью.
Представление о возможности двух состояний водорода в железе возникло в связи с тем, что при удалении водорода из водородсодержащего металла в вакууме сначала происходит весьма быстрая диффузия и количество диффундировавшего водорода быстро увеличивается со временем, а затем после сравнительно небольшого промежутка времени процесс резко замедляется и протекает с весьма малой скоростью, подчиняясь экспоненциальному закону.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.