В работе проведен анализ видеозаписи изгиба палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении газообразным водородом в условиях Т = 130 °С, ступенчатые напуски водорода до РН2 = 0,01, 0,033, 0,05 МПа. Для экспериментов были использованы палладий чистотой 99,98% в виде пластины размером 68×5,5×0,27 мм, электролитически покрытый медью с одной стороны, и специально сконструированная водородо-вакуумная установка. Показано, что изгиб пластины развивается в два этапа: вначале быстро достигает величины, значительно превосходящей толщину пластины, затем пластина распрямляется. Этап распрямления в данных условиях эксперимента длится значительно медленнее этапа изгиба, при этом распрямление пластины происходит не полностью, а с сохранением незначительного остаточного формоизменения. Повторные напуски водорода приводят к снижению величины максимального изгиба пластины. Первопричиной изгиба палладиевой пластины при одностороннем насыщении водородом являются возникающие градиенты концентрации водорода, вызывающие, в свою очередь, градиенты дилатации кристаллической решетки металла. Однако ответственность за обратимое поведение палладиевой пластины при изгибе несет временно существующий градиентный материал Pd-PdHx: в первоначальные этапы насыщения вблизи поверхности, насыщаемой водородом, в пластине формируется твердый раствор водорода в палладии PdHx, в то время как более глубокие слои пластины со стороны медного покрытия еще свободны от водорода. По мере выравнивания концентрации водорода в пластине по сечению происходит ее распрямление.
В рамках обсужденной модели рассчитаны параметры временно существующего градиентного материала Pd-PdHх.
Результаты работы представляют интерес для разработки водородных сенсоров-датчиков утечек водорода.
There was analyzed videotape recording of palladium plate bending during its one-side saturation with hydrogen in experimental conditions of isothermal temperature 130 °С, step hydrogening up to РН2 = 0,01 МPа, 0,033, 0,05 МPа. For experiments pure palladium plate of (68×5,5×0,27) mm size electrolytically covered with copper was used as well as specially constructed hydrogen vacuum device. It is shown, that palladium plate bending processes in two stages. In the first stage it is very intensive and quickly reaches values much more than plates thickness. In the second stage the plate is returning to initial state but fixing a small residual form changing. The second stage is much more slow than the first one. Repeated hydrogening lead to a decrease in the maximum bending of the plate. It is shown that the bending is caused by internal stresses induced by hydrogen concentration gradients but the responsibility of such a behavior possessed by temporarily existing gradient material Pd-PdHx. In the first moments of saturation the layer of PdHx is formed in palladium subsurface layers and a side near copper is free from hydrogen. As hydrogen concentration in plate becomes equal through the plate thickness, the plate returns to initial form.
There were calculated parameters of temporarily existing gradient material Pd-PdHх in frames of model discussed. Results of the work are of interest for development of hydrogen sensors.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.