Водород в железе и других металлах

Содержание

1.  Водород в железе и других металлах

1.1  Введение________________________________________________2

1.2  Адсорбция_______________________________________________3

1.3  Диффузия_______________________________________________7

1.4  Растворение_____________________________________________13

1.5  Химическое взаимодействие_______________________________22

2.  Водород в стали

2.1  Растворимость___________________________________________28

2.2  Диффузия_______________________________________________29

2.3  Способность к проникновению_____________________________30

2.4  Влияние поглощения водорода на механические свойства стали____________________________33

2.5  Влияние водорода как легирующего элемента________________37

2.6  Водород как причина пороков стали

2.6.1  Травильные пузыри_________________________________38

2.6.2  Теневые полосы____________________________________39

2.6.3  Образование флокенов_______________________________40

2.6.4  Обезуглероживание_________________________________42

2.6.5  Транскристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением_____________________43

Список литературы_____________________________________________44

1.  Водород в железе и других металлах

1.1  Введение

Водород обладает способностью взаимодействовать со всеми без исключения элементами периодической системы. При этом его можно встретить в любом из четырех основных видов связи: ионной, ковалентной, металлической и ван-дер-ваальсовой. Очевидно, что характер взаимодействия атомов в кристаллической решетке не является специфической особенностью данного атома, а определяется условиями, в которых этот атом находится, и в первую очередь свойствами окружающих его атомов. Так, атом металла может иметь металлическую связь, если он окружен аналогичными металлическими атомами, ионную, если он взаимодействует с неметаллами, ковалентную — в некоторых сложных металлических фазах. Так же существенным является тот факт, что ни один из основных видов связи не встречается в чистом виде в реальных системах, в том числе и в системах, содержащих водород. Даже самые «крайние» электроположительные и электроотрицательные элементы, например Li и F, образуют с водородом прочные химические соединения со смешанными связями: в молекуле LiН, по расчету Адамова, связь является ионной на 30%, в молекуле НF — на 50% ионной и на 50% ковалентной.

Взаимодействие водорода с металлами (и неметаллами) включает в себя ряд процессов: поверхностную физическую адсорбцию, хемосорбцию, диффузию, растворение и химическое взаимодействие с образованием определенных химических соединений. Будет ли взаимодействие водорода с определенным элементом носить характер химической реакции с образованием соединения ионного, ковалентного или иного типа или же оно выразится в процессах физической межмолекулярной адсорбции и т. д. — это зависит от внешних условий (температуры и давления) и от специфических особенностей взаимодействующего элемента, в первую очередь от его атомной структуры.

В определенных условиях взаимодействие любого элемента с водородом может протекать любым из перечисленных путей. Но можно с полной уверенностью констатировать, что все эти процессы представляют собой различные стадии одного общего процесса. Поверхностная, чисто физическая адсорбция является начальной стадией процесса взаимодействия водорода с другим элементом, конечная его стадия — химическое взаимодействие с образованием нового вещества (химического соединения). Все детальные процессы представляют собой промежуточные стадии, последовательно переходящие друг в друга в соответствии с изменениями условий.

Как способность к гидридообразованию не является особенностью, присущей лишь какой-то определенной группе элементов, так и адсорбция или растворение водорода не являются процессами, свойственными только некоторым металлам. С принципиальной точки зрения любой элемент может пройти последовательно все стадии взаимодействия с водородом, если только имеются необходимые внешние условия, которые будут соответственно изменяться и этим обусловливать переход от одной стадии взаимодействия к другой. Но в реальных условиях взаимодействия эти возможности существуют далеко не всегда, благодаря чему у одних элементов легче обнаруживается склонность к образованию химических соединений с водородом, другие проявляют себя как поверхностно активные, для третьих характерна высокая проницаемость по отношению к водороду и т. д.

1.2  Адсорбция

Различают два рода поверхностной адсорбции: физическую адсорбцию и активированную адсорбцию или хемосорбцию.

Поверхностная физическая адсорбция не является специфичной для какого-нибудь газа. Все газы адсорбируются приблизительно в одинаковой степени, и адсорбция зависит главным образом от природы поверхности адсорбента. Процесс физической адсорбции протекает с большой скоростью и полностью обратим.