Градиентный материал PD-PDHx

В работе проведен анализ видеозаписи изгиба палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении газообразным водородом в условиях Т = 130 °С, ступенчатые напуски водорода до Р_Н2 = 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-PdH_x: в первоначальные этапы насыщения вблизи поверхности, насыщаемой водородом, в пластине формируется твердый раствор водорода в палладии PdH_x, 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-PdH_х.

Результаты работы представляют интерес для разработки водородных сенсоров-датчиков утечек водорода.

1. . Большая советская энциклопедия. Электронный ресурс. URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/.

2. . Коваленко А. Д. Термоупругость. Киев: Вища шк., 1975. 216 с.

3. Гольцов В. А. Формоизменение палладиевой пластины под воздействием водорода / В. А. Гольцов, Р. В. Котельва, Т. А. Рюмшина и др. // Физика металлов и металловедение. 1990. Т. 10. С. 135–141.

4. . Goltsov V. A., Glukhova Zh. L., Redko A. L. Hydrogen Elasticity effect and its importance in diffusion of concentration inhomogeneities in metals // Intern. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. P. 179–183.

5. . Гольцов В. А. Водородоупругое формоизменение палладиевой пластины. Теоретическое описание/ В. А. Гольцов, Ж. Л. Глухова // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 91. № 3. С. 21–25.

6. . Kotelva R. V., Glukhova Zh. L. Form Changing of Palladium under Hydrogen Treatment // Int. J. Hydrogen Energy. 1997. Vol. 22. no. 2/3. P. 175–177.

7. . Гольцов В. A. Формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом и последующей дегазации / В. А. Гольцов, Ж. Л. Глухова, Р. В. Котельва // Физика металлов и металловедение. 1997. Т. 84. Вып. 5. С. 157–160.

8. . Гольцов В. А. Упругое изменение формы палладиевой пластины под действием водорода. Результаты эксперимента / В. А. Гольцов, Ж. Л. Глухова // Физика металлов и металловедение. 2000. Т. 90. № 4. С. 68–73.

9. . Гольцова М. В. Особенности формирования градиентного сплава палладий-водород и формоизменение палладиевой пластины в процессе одностороннего насыщения водородом / М. В. Гольцова, Е. Н. Любименко // Физика металлов и металловедение. 2011. Т. 112. № 4. С. 393–403.

10. . Гольцова М. В. Влияние температуры на формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом /М. В. Гольцова, Е. Н. Любименко // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 2. С. 150–158.

11. . Гольцова М. В. Формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом: влияние скорости роста давления газообразного водорода / М. В. Гольцова, Е. Н. Любименко // Физика металлов и металловедение. 2012. Т. 113. № 11. С. 1073–1079.

12. . Любименко Е. Н. Формоизменение палладиевой пластины, индуцированное малыми односторонними водородными воздействиями / Е. Н. Любименко, М. В. Гольцова // Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36. № 2. С. 247–258.

13. Энциклопедический словарь нанотехнологий. Электронный ресурс. URL: https://dic. academic. ru/dic. nsf/nanotechnology/.

14. . Подскребко М. Д. Сопротивление материалов. Основы теории упругости, пластичности, ползучести и механики разрушения / М. Д. Подскребко. Минск: Выш. шк., 2009. 670 с.

15. . Водород в металлах / Под ред. Г. Алефельда, И. Фелькля. М.: Мир, 1981. 912 с.

16. . Райченко А. И. Математическая теория диффузии в приложениях. Киев: Наукова думка, 1981. 389 с.

17. . Романова И. Высокочувствительные датчики газа // Электроника: наука, технология, бизнес. 2011. № 1. URL: http:// www.electronics.ru/files/article_pdf/2/article_2860_724.pdf.

18. . Simon I., Arndt M. Thermal and gas-sensing properties of a micromachined thermal conductivity sensor for the detection of hydrogen in automotive applications // Sensors and Actuators A: Physical. 2002. Vol. 97–98. P. 104–108.

19. . Jakubik W. P., Urbańczyk M. W., Kochowski S., Bodzenta J. Bilayer structure for hydrogen detection in a surface acoustic wave sensor system // Sensors and Actuators B: Chemical. 2002. Vol. 82, Issues 2–3. P. 265–271.

20. . Hassan K., Iftekhar Uddin A. S. M., Chung Gwiy-Sang. Fast-response hydrogen sensors based on discrete Pt/Pd bimetallic ultra-thin films // Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. Vol. 234. P. 435–445.

21. . Zhang D., Sun Yan’e, Jiang Chuanxing, Zhang Yong. Room temperature hydrogen gas sensor based on palladium decorated tin oxide/molybdenum disulfide ternary hybrid via hydrothermal route // Sensors and Actuators B: Chemical. 2017. Vol. 242. P. 15–24.