RU2586960C1 - Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium - Google Patents
Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586960C1 RU2586960C1 RU2015109352/28A RU2015109352A RU2586960C1 RU 2586960 C1 RU2586960 C1 RU 2586960C1 RU 2015109352/28 A RU2015109352/28 A RU 2015109352/28A RU 2015109352 A RU2015109352 A RU 2015109352A RU 2586960 C1 RU2586960 C1 RU 2586960C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- sample
- eddy current
- titanium
- current sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах, в космической технике, атомной энергетике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию в процессе эксплуатации. Измерение коэффициентов диффузии водорода приобретает особое значение для технологий вновь создаваемых материалов.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to determine the diffusion coefficients of hydrogen in various structural materials, in space technology, nuclear energy, in products subjected to hydrogenation during operation. Measurement of the diffusion coefficients of hydrogen is of particular importance for the technology of newly created materials.
Известны следующие способы измерения коэффициентов диффузии водорода в металлах.The following methods are known for measuring the diffusion coefficients of hydrogen in metals.
Коэффициент диффузии определяют по изменению моментов сил тяжести, возникающих в насыщенной водородом металлической пластине, которая может поворачиваться вокруг оси, проходящей через центр тяжести. Пластину насыщают с одной стороны водородом и уравновешивают. Водород распространяется вдоль по пластине с одного конца к другому. В результате происходит смещение центра тяжести пластины, в которой диффундирует водород. Пластина поворачивается, и по измерению угла поворота пластины судят о процессе диффузии [Авторское свидетельство СССР №1636729, опубл. 23.03.1991]. Метод характеризуется низкой чувствительностью.The diffusion coefficient is determined by the change in the moments of gravity arising in a hydrogen-saturated metal plate, which can rotate around an axis passing through the center of gravity. The plate is saturated with hydrogen on one side and balanced. Hydrogen extends along the plate from one end to the other. As a result, the center of gravity of the plate is shifted, in which hydrogen diffuses. The plate is rotated, and the diffusion process is judged by measuring the angle of rotation of the plate [USSR Author's Certificate No. 1636729, publ. 03/23/1991]. The method is characterized by low sensitivity.
Коэффициент диффузии определяют по измерению газовыми бюретками потока диффундирующего водорода через металлическую мембрану, одна из поверхностей которой (входная) соприкасается с раствором электролита [Миндюк А.К., Свист Е.И., Бабей Ю.И. Установка для электрохимических исследований наводороживания и водородной проницаемости металлов. - Защита металлов. - 1973. - Т. 9. - №4. - С. 499-500]. Время выхода водорода из мембраны зависит от чувствительности газовой бюретки и не фиксируется при малых количествах продиффундировавшего водорода.The diffusion coefficient is determined by measuring the flow of diffusing hydrogen through a metal membrane with gas burettes, one of the surfaces of which (inlet) is in contact with the electrolyte solution [Mindyuk A.K., Svist E.I., Babey Yu.I. Installation for electrochemical studies of hydrogenation and hydrogen permeability of metals. - Protection of metals. - 1973. - T. 9. - No. 4. - S. 499-500]. The time for hydrogen to escape from the membrane depends on the sensitivity of the gas burette and is not fixed for small amounts of diffused hydrogen.
Коэффициент диффузии водорода определяют по изменению электросопротивления стали [Белоглазое С.М. Наводороживание стали при электрохимических процессах. Л., Изд-во Ленингр. Ун-та, 1975. - с. 27-36.]. Недостатком способа является то, что коэффициент диффузии определяют по изменению общего сопротивления наводороживаемого образца, которое в зависимости от времени наводороживания и прохождения водорода через мембрану изменяется неоднозначно, сложным образом и не позволяет точно определить время установления стационарного потока водорода через мембрану. Имеются противоречивые сведения по этому эффекту. Например, на электросопротивление стали наводороживание не сказывается вообще [Карпенко Г.В., Крипякевич Р.И. Влияние водорода на свойства стали. М., Металлургиздат. 1962. - с. 198]. При наводороживании палладия зависимость электросопротивления от содержания водорода имеет сложный вид с максимумом и, соответственно, не позволяет однозначно идентифицировать момент насыщения образца водородом [Гельд П.В., Рябов Р.А., Мохрачева Л.П. Водород и физические свойства металлов и сплавов: Гидриды переходных металлов. - М.: Наука. 1985. - с. 157].The diffusion coefficient of hydrogen is determined by the change in electrical resistance of steel [Beloglazoe S.M. Hydrogenation of steel during electrochemical processes. L., Publishing House Leningrad. University, 1975 .-- p. 27-36.]. The disadvantage of this method is that the diffusion coefficient is determined by the change in the total resistance of the hydrogenated sample, which, depending on the time of hydrogenation and the passage of hydrogen through the membrane, varies ambiguously, in a complicated way, and does not allow to accurately determine the time it takes to establish a steady flow of hydrogen through the membrane. There is conflicting information on this effect. For example, hydrogenation does not affect the electrical resistance of steel at all [Karpenko GV, Kripyakevich RI The effect of hydrogen on the properties of steel. M., Metallurgical Publishing House. 1962. - p. 198]. In the case of hydrogenation of palladium, the dependence of the electrical resistance on the hydrogen content has a complex form with a maximum and, therefore, does not allow us to uniquely identify the moment of saturation of the sample with hydrogen [Geld P.V., Ryabov R.A., Mokhracheva L.P. Hydrogen and physical properties of metals and alloys: Transition metal hydrides. - M .: Science. 1985. - p. 157].
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в работе [Грабовецкая Г.П., Никитенков Н.Н., Мишин И.П., Душкин И.В., и др. Диффузия водорода в субмикрокристаллическом титане // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 322. - №2. - С. 56-59]. В данном способе коэффициент диффузии определяют по измерению выхода водорода из наводороживаемого в электролитической ячейке титановой мембраны (образца) с помощью масс-спектрометра. Коэффициенты диффузии рассчитывают тайм-лаг-методом по формуле БэррераThe closest analogue selected as a prototype is the method described in [Grabovetskaya GP, Nikitenkov NN, Mishin IP, Dushkin IV, et al. Hydrogen diffusion in submicrocrystalline titanium // News of Tomsk Polytechnic University. - 2013. - T. 322. - No. 2. - S. 56-59]. In this method, the diffusion coefficient is determined by measuring the yield of hydrogen from a titanium membrane (sample) hydrogenated in an electrolytic cell using a mass spectrometer. The diffusion coefficients are calculated by the time-lag method according to the Barrera formula
где t3 - время установления стационарного потока водорода через металлическую мембрану, h - толщина металлической мембраны, D - коэффициент диффузии.where t 3 is the time of establishment of a stationary flow of hydrogen through a metal membrane, h is the thickness of the metal membrane, D is the diffusion coefficient.
Основной недостаток прототипа состоит в том, что данный метод не обладает достаточной чувствительностью, требует применения вакуумной системы, громоздких устройств для измерения концентрации водорода как на входе в мембрану (образец), так и на выходе из мембраны (образца). Применяемый прибор (масс-спектрометр) предназначен для научных лабораторных исследований, требует специально приготовленных устройств, создания вакуума и непригоден для эксплуатации в промышленных условиях, для массового оперативного производственного контроля диффузии водорода в деталях, находящихся в эксплуатации, и подвергаемых водородному поражению. Кроме того, при диффузии водорода в металле происходит его неравномерное распределение по объему металла, вызванное неоднородностью структуры металла [Нечаев Ю.С. Характеристики гидридоподобных сегрегаций водорода на дислокациях палладия // УФН, 2001. - Т. 171 - №11. - С. 1252]. При больших концентрациях водорода образуются гидриды металла [Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металла. - М, Металлургия, 1979. - С. 85-121]. На величину коэффициента диффузии влияют границы зерен, пористость материала, напряжения и динамические нагрузки [А.В. Гапонцев, В.В. Кондратьев. Диффузия водорода в неупорядоченных металлах и сплавах // УФН, 2003. - Т. 173. - №10. - С. 1107-1129].The main disadvantage of the prototype is that this method does not have sufficient sensitivity, requires the use of a vacuum system, bulky devices for measuring hydrogen concentration both at the entrance to the membrane (sample) and at the exit from the membrane (sample). The device used (mass spectrometer) is intended for scientific laboratory research, requires specially prepared devices, creates a vacuum and is unsuitable for operation in industrial conditions, for mass operational production control of hydrogen diffusion in parts that are in operation and exposed to hydrogen damage. In addition, during the diffusion of hydrogen in a metal, its uneven distribution over the volume of the metal occurs, caused by the heterogeneity of the metal structure [Nechaev Yu.S. Characteristics of hydride-like segregations of hydrogen at palladium dislocations // UFN, 2001. - T. 171 - No. 11. - S. 1252]. At high concentrations of hydrogen, metal hydrides are formed [Geld P.V., Ryabov R.A., Kodes E.S. Hydrogen and imperfections in the structure of metal. - M, Metallurgy, 1979. - S. 85-121]. The diffusion coefficient is affected by grain boundaries, material porosity, stresses, and dynamic loads [A.V. Gapontsev, V.V. Kondratyev. Hydrogen diffusion in disordered metals and alloys // UFN, 2003. - V. 173. - No. 10. - S. 1107-1129].
Задача - создание способа определения коэффициента диффузии водорода в титане в производственных условиях и местах малодоступных для анализа водорода, диффундирующего через титановый образец.The task is to create a method for determining the diffusion coefficient of hydrogen in titanium under production conditions and places inaccessible for the analysis of hydrogen diffusing through a titanium sample.
Для решения указанной задачи в способе измерения коэффициентов диффузии водорода в титане, включающем, как и прототип, измерение толщины исследуемого образца, насыщение его водородом в электролитической ячейке, фиксирование начала времени электролиза и времени выхода водорода из образца на максимальный режим, определение разности этих величин и вычисление коэффициента диффузии водорода в титане по формуле Бэррера, в отличие от прототипа, по значению удельного сопротивления и толщине образца, рассчитывают частоту вихревого тока датчика магнитного спектрометра, выбирают частоту вихретокового датчика магнитного спектрометра такой, чтобы глубина проникновения вихревого тока превышала измеренную толщину образца в 3-4 раза, устанавливают вихретоковый датчик магнитного спектрометра на образец-мембрану, а время выхода водорода из образца на максимальный режим фиксируют по величине напряжения на вихретоковом датчике.To solve this problem in a method for measuring the diffusion coefficients of hydrogen in titanium, which includes, like the prototype, measuring the thickness of the test sample, saturating it with hydrogen in the electrolytic cell, fixing the start of the time of electrolysis and the time that hydrogen leaves the sample to the maximum mode, determining the difference between these values and the calculation of the diffusion coefficient of hydrogen in titanium by the Barrera formula, in contrast to the prototype, by the value of the resistivity and thickness of the sample, the eddy current frequency of the sensors is calculated a magnetic spectrometer, select the frequency of the eddy current sensor of the magnetic spectrometer so that the penetration depth of the eddy current exceeds the measured thickness of the sample by 3-4 times, install the eddy current sensor of the magnetic spectrometer on the sample membrane, and the time for hydrogen to exit from the sample to the maximum mode is fixed by voltage on the eddy current sensor.
Целесообразно для определения величины максимального напряжения на вихретоковом датчике в процессе наводороживания образца, датчик поворачивать вокруг его оси на 180 градусов относительно образца и фиксировать величину напряжения через каждые 7-8 градусов.It is advisable to determine the maximum voltage at the eddy current sensor during the hydrogenation of the sample, rotate the sensor around its axis by 180 degrees relative to the sample and fix the voltage every 7-8 degrees.
Теоретически задача о распределении вихретоков по глубине металла описана в работе [Ламмеранер И., Штафль М. Вихревые токи. Перевод с чешского В.И. Дмитриева. - М. - Л., Энергия. - 1967. - 208 с]. Вихревой ток проникает в металл в слой толщиной 8. Глубина проникновения 5 вихревого тока в металл является функцией электропроводности металла а, частоты вихревого тока ω, магнитной постоянной µ0 и магнитной проницаемости металла µ.Theoretically, the problem of the distribution of eddy currents over the depth of a metal is described in [Lammeraner I., Stafl M. Eddy currents. Translation from Czech V.I. Dmitrieva. - M. - L., Energy. - 1967. - 208 s]. The eddy current penetrates the metal into a layer of thickness 8. The
Для определения концентрации водорода в металлах используют вихревые токи различной частоты [Калинин Н.П., Остапенко В.Д. Контроль газонасыщенных слоев титановых сплавов вихревыми токами повышенной частоты // Дефектоскопия. 1983. №5. С. 15-21.; Лидер A.M., Ларионов В.В., Гаранин Г.В. Способ определения содержания водорода в титане. Патент №2498282 С1, МПК. G01N 27/02 - (2006.1) Бюллетень №31 от 10.11.2013. - С. 557-558.].To determine the concentration of hydrogen in metals, eddy currents of various frequencies are used [Kalinin NP, Ostapenko V.D. Control of gas-saturated layers of titanium alloys by eddy currents of increased frequency // Defectoscopy. 1983. No. 5. S. 15-21 .; Leader A.M., Larionov V.V., Garanin G.V. The method for determining the hydrogen content in titanium. Patent No. 2498282 C1, IPC. G01N 27/02 - (2006.1) Bulletin No. 31 dated 11/10/2013. - S. 557-558.].
Изменение электропроводности металла приводит к изменению напряжения на вихретоковом датчике магнитного спектрометра. Величина электропроводности зависит от количества атомов водорода, приходящихся на каждый атом титана, от направления распространения токов по образцу (мембране). Это вызвано появлением дефектов в ходе наводороживания. При диффузии через образец (мембрану) появление водорода в его приповерхностном слое будет зафиксировано датчиком, если частота подобрана так, чтобы глубина проникновения вихревого тока в металл соответствовала толщине образца. Здесь накопление водорода в образце (мембране) в процессе диффузии изменяет показания датчика магнитного спектрометра. Таким образом, можно зафиксировать время изменения напряжения на вихретоковом датчике магнитного спектрометра, связанное с появлением водорода в результате диффузии через образец.A change in the electrical conductivity of the metal leads to a change in the voltage at the eddy current sensor of the magnetic spectrometer. The magnitude of the electrical conductivity depends on the number of hydrogen atoms per titanium atom, on the direction of current propagation through the sample (membrane). This is caused by the appearance of defects during the hydrogenation. During diffusion through the sample (membrane), the appearance of hydrogen in its surface layer will be detected by the sensor if the frequency is chosen so that the penetration depth of the eddy current into the metal corresponds to the thickness of the sample. Here, the accumulation of hydrogen in the sample (membrane) during diffusion changes the readings of the sensor of the magnetic spectrometer. Thus, it is possible to record the time of voltage change at the eddy current sensor of the magnetic spectrometer, associated with the appearance of hydrogen as a result of diffusion through the sample.
В заявляемом способе вихретоковый датчик магнитного спектрометра устанавливают на поверхность исследуемого образца из титана, который является мембраной-катодом, расположенным совместно с анодом в электролитической ячейке. Другая сторона образца соприкасается с раствором электролита. Измеряют толщину образца и по формуле (2) рассчитывают частоту вихретокового датчика и устанавливают ее значение на датчике. Включают вихретоковый датчик и, поворачивая его вокруг вертикальной оси, находят максимальное значение напряжения. Включают напряжение на электролитической ячейке и записывают время включения. На поверхности образца (мембраны) со стороны электролитической ячейки при электролизе скапливается водород. Он диффундирует через образец к другой поверхности образца. Как только водород достигает поверхностного слоя с противоположной от ячейки стороны образца, прекращается изменение показаний вихретокового датчика. Фиксируют промежуток времени, в течение которого происходило изменение показаний вихретокового датчика магнитного спектрометра. В связи с тем, что в процессе диффузии в образце образуются дефекты, влияющие на распространение вихревого тока, датчик поворачивают вокруг оси на 180 градусов с частотой один раз за 5-7 мин. Значение промежутка времени, за которое происходит изменение показаний датчика, подставляют в формулу Бэррера (1) и рассчитывают коэффициент диффузии водорода через образец-мембрану.In the inventive method, the eddy current sensor of the magnetic spectrometer is installed on the surface of the test sample of titanium, which is a cathode membrane located together with the anode in the electrolytic cell. The other side of the sample is in contact with the electrolyte solution. The thickness of the sample is measured and the frequency of the eddy current sensor is calculated by the formula (2) and its value is set on the sensor. Turn on the eddy current sensor and, turning it around the vertical axis, find the maximum voltage value. The voltage on the electrolytic cell is turned on and the on time is recorded. Hydrogen accumulates on the surface of the sample (membrane) from the side of the electrolytic cell during electrolysis. It diffuses through the sample to another surface of the sample. As soon as hydrogen reaches the surface layer from the side of the sample opposite to the cell, the eddy current sensor changes to stop. The period of time during which a change in the readings of the eddy current sensor of the magnetic spectrometer was recorded. Due to the fact that during the diffusion process defects are formed in the sample that affect the propagation of the eddy current, the sensor is rotated around the axis by 180 degrees with a frequency of once in 5-7 minutes. The value of the time interval for which the sensor readings change is substituted into the Barrera formula (1) and the coefficient of hydrogen diffusion through the sample membrane is calculated.
На фиг. 1 приведена схема измерения коэффициента диффузии водорода через титановый образец 1 (мембрану) с помощью вихретокового датчика 2 и измерителя напряжения 3 на вихретоковом датчике 2.In FIG. 1 shows a diagram for measuring the diffusion coefficient of hydrogen through a titanium sample 1 (membrane) using an
На фиг. 2 показана зависимость напряжения на вихретоковом датчике от времени насыщения образца водородом.In FIG. Figure 2 shows the voltage dependence of the eddy current sensor on the time of saturation of the sample with hydrogen.
На фиг. 3 показано угловое расположение датчика вихретокового прибора относительно образца из титана, 1 - образец, 2 - вихретоковый датчик прибора.In FIG. 3 shows the angular location of the eddy current device sensor relative to the titanium sample, 1 - sample, 2 - eddy current sensor of the device.
На фиг. 4 показаны микротрещины (а) и кратеры (б) на поверхности образца из титана в процессе наводороживания.In FIG. 4 shows microcracks (a) and craters (b) on the surface of a titanium sample during hydrogenation.
На фиг. 5 показана дифрактограмма наводороженного образца. Цифрами показано время (мин) насыщения титана водородом.In FIG. 5 shows a diffractogram of a hydrogenated sample. The numbers show the time (min) the saturation of titanium with hydrogen.
Образец 1 является мембраной - частью стенки электролитической ячейки 4, в которой протекает электролиз. Электролитическая ячейка 4, содержит электролит 5, в котором расположены соединенные с источником питания 6 ячейки, анод 7 и образец 1 - катод.
Измерение коэффициента диффузии водорода через образец 1 из титана осуществляют по следующему алгоритму: измеряют толщину h образца 1, используя табличное значение удельного сопротивления титана и значение h, находят частоту вихревого тока. Это значение частоты корректируют в сторону уменьшения так, чтобы глубина δ проникновения вихревого тока в 3-4 раза была больше измеренного значения h. Скорректированное значение частоты устанавливают на магнитном спектрометре и включают магнитный спектрометр. Поворачивают вихретоковый датчик 2 на 180 градусов вокруг своей оси относительно образца 1 через каждые 10-12 градусов (фиг. 3), измеряют при этом напряжение на вихретоковом датчике 2 и находят его максимальное значение. Далее в электролитическую ячейку 4 заливают раствор 0.1 М серной кислоты, включают источник питания 6 электролитической ячейки 4 (фиг. 1). Устанавливают плотность тока электролиза, равную 1 А·см-2. Записывают время включения тока электролиза t1. В титановый образец 1 (мембрану), являющийся катодом, в результате электролиза входит водород, который диффундирует через образец 1. Постоянно измеряют во времени показания вихретокового датчика 2 магнитного спектрометра 3, поворачивая датчик вокруг своей оси на угол φ равный 5-7° до 180 градусов каждые 5-7 минут. Записывают время t2, при котором значения вихретокового напряжения выходят на максимальный режим (фиг. 2, отмечено чертой).The measurement of the diffusion coefficient of hydrogen through a
На фигуре 2 представлена зависимость показаний вихретокового датчика 2 от времени электролиза и, где черточками указаны моменты времени. Находят разность t2-t1=t3 и рассчитывают коэффициент диффузии D водорода по формуле Бэррера (1) D=h2/6t3, где t3 - время установления стационарного потока водорода через титановый образец 1, h - толщина титанового образца 1.The figure 2 presents the dependence of the readings of the
Конкретный пример реализации способа определения коэффициента диффузии водорода в титане.A specific example of the implementation of the method for determining the diffusion coefficient of hydrogen in titanium.
Образец 1 был вырезан из титановой фольги толщиной 48 мкм. По формуле (2) рассчитали частоту вихретокового датчика магнитного спектрометра. В качестве магнитного спектрометра был использован прибор 3МА (производство Германия, Саарбрюккен). Она равна 49 МГц. Частота должна быть такой, чтобы глубина проникновения вихревого тока δ превышала толщину мембраны как минимум в 3 раза (согласно физическому смыслу величины проникновения вихревого тока в металл). Например, для титана ВТ1-0 при его удельном сопротивлении 46·10-8 Ом·м и глубине проникновения 250 мкм (это в 3 раза больше применяемого здесь образца) частота вихревого тока, устанавливаемого на датчике, будет равна 1 МГц. В электролитическую ячейку 4 заливали 0,1 М раствор серной кислоты. Установили рассчитанную 1 МГц частоту на датчике. Одна сторона образца 1 соприкасалась с электролитом, а ко второй был плотно прижат вихретоковый датчик магнитного спектрометра 2. Включали вихретоковый датчик магнитного спектрометра 2, поворачивали датчик вокруг своей оси на 180° градусов и через каждые 10-12 градусов фиксировали максимальное начальное значение напряжения вихретокового датчика. На анод 7 и катод - образец 1 (мембрану) подавали постоянное напряжение от источника питания 9 DC SUPPLY HY 3002 и устанавливали плотность тока 1 А·см-2. Записывали время включения тока электролитической ячейки t1 и следили за показаниями вихретокового датчика, поворачивая его вокруг оси через каждые 5-7 мин. Фиксировали момент времени, когда показание датчика магнитного спектрометра становятся постоянным и максимальным по углу и во времени t2=300 мин и записывали в таблицу. Разность значений t2-t1=t3 подставляли в формулу (1). t3=t2-t1=300 мин.
Вычисление погрешности проводят по формуле
Вихретоковый датчик магнитного спектрометра калибруют на известных эталонах фирмы ARMI (эталон IARM 178 В: Ti-6Al-6V-2Sn / UNS R56620), а также на образцах из эталонной меди.The eddy current sensor of the magnetic spectrometer is calibrated using well-known ARMI standards (IARM 178 V standard: Ti-6Al-6V-2Sn / UNS R56620), as well as samples from reference copper.
Проведен контрольный эксперимент: при взвешивании образца после 340 мин наблюдается стабилизация массы образца, т.е. дальнейшее увеличение времени электролиза не приводит к увеличению массы водорода входящего вобразец. Далее водород начинает уходить из образца (наблюдается некоторое уменьшение массы образца с одновременным уменьшением напряжения на датчике магнитного спектрометра). Это свидетельствует о точности измерений вихретоковым методом.A control experiment was carried out: when the sample was weighed after 340 min, stabilization of the sample mass was observed, i.e. a further increase in electrolysis time does not lead to an increase in the mass of hydrogen of the incoming sample. Then, hydrogen begins to leave the sample (there is a slight decrease in the mass of the sample with a simultaneous decrease in the voltage at the magnetic spectrometer sensor). This indicates the accuracy of the eddy current measurement.
Показания вихретокового датчика зависят от его положения относительно образца, поэтому его необходимо поворачивать, как показано на фиг. 3. Необходимость этого действия обусловлена наличием (фиг. 4) ярко выраженной неоднородности расположения микротрещин в титане по форме, направлению и глубине вызванных наводороживанием титана. Неоднородность тем больше, чем больше степень наводороженности титана. В наводороженном титане образуются гидриды титана TiHn с различным количеством атомов водорода n в молекуле гидрида в зависимости от количества находящегося в металле водорода, что приводит к изменению электропроводности по глубине титана. Это подтверждено исследованиями дифрактограмм на дифрактометре PDIFF Beamline. Пример дифрактограммы дан на фиг. 5, где показано образование гидридов TiH2. Цифрами у каждой кривой обозначено время в минутах насыщения титана водородом. Из дифрактограммы видно, что с увеличением времени движения (диффузии) водорода через образец из титана увеличиваются пики, соответствующие содержанию гидридов титана в образце. Это свидетельствует об образовании дефектов, которые отличаются друг от друга направлением расположения относительно образца, величиной дефекта, как по длине, так и его поперечным размерам.The readings of the eddy current sensor depend on its position relative to the sample; therefore, it must be rotated, as shown in FIG. 3. The need for this action is due to the presence (Fig. 4) of a pronounced heterogeneity of the location of microcracks in titanium in shape, direction and depth caused by hydrogenation of titanium. The heterogeneity is greater, the greater the degree of hydrogenation of titanium. In hydrogenated titanium, titanium hydrides TiH n are formed with a different number of hydrogen atoms n in the hydride molecule depending on the amount of hydrogen present in the metal, which leads to a change in the electrical conductivity along the depth of titanium. This is confirmed by studies of diffraction patterns on a PDIFF Beamline diffractometer. An example of a diffraction pattern is given in FIG. 5, which shows the formation of TiH 2 hydrides. The numbers on each curve indicate the time in minutes of saturation of titanium with hydrogen. The diffraction pattern shows that with an increase in the time of movement (diffusion) of hydrogen through the sample from titanium, the peaks corresponding to the content of titanium hydrides in the sample increase. This indicates the formation of defects that differ from each other in the direction of location relative to the sample, the size of the defect, both in length and in its transverse dimensions.
Изобретение может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах на основе титана, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию в процессе эксплуатации. Кроме того, вихретоковый датчик магнитного спектрометра может быть удален от измерительной аппаратуры на большие безопасные расстояния для обслуживающего персонала и расположен в труднодоступных местах.The invention can be used to determine the diffusion coefficients of hydrogen in various structural materials based on titanium, used in space and nuclear technology, in products subjected to hydrogenation during operation. In addition, the eddy current sensor of the magnetic spectrometer can be removed from the measuring equipment at large safe distances for the operating personnel and located in hard-to-reach places.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109352/28A RU2586960C1 (en) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109352/28A RU2586960C1 (en) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2586960C1 true RU2586960C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015109352/28A RU2586960C1 (en) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2586960C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110603445A (en) * | 2017-04-28 | 2019-12-20 | 沙特阿拉伯石油公司 | Apparatus and method for non-destructive measurement of hydrogen diffusivity |
RU2766413C1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "КОНМЕТ" | Implant as a prosthesis of the auditory ossicles to replace damaged parts of the middle ear |
CN117723446A (en) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 北京科技大学 | Method for measuring hydrogen diffusion coefficient based on diffusion polynary and SKPFM |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1035922A (en) * | 1988-03-15 | 1989-09-27 | 北京整流器厂 | AC frequency control apparatus and inverter circuit thereof |
SU1636729A1 (en) * | 1989-01-26 | 1991-03-23 | Институт металлофизики АН УССР | Method for determination of diffusion factor of hydrogen in metals |
-
2015
- 2015-03-17 RU RU2015109352/28A patent/RU2586960C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1035922A (en) * | 1988-03-15 | 1989-09-27 | 北京整流器厂 | AC frequency control apparatus and inverter circuit thereof |
SU1636729A1 (en) * | 1989-01-26 | 1991-03-23 | Институт металлофизики АН УССР | Method for determination of diffusion factor of hydrogen in metals |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Грабовецкая Г.П. и др. Диффузия водорода в субмикрокристаллическом титане // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 322. - N2. - С. 56-59. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110603445A (en) * | 2017-04-28 | 2019-12-20 | 沙特阿拉伯石油公司 | Apparatus and method for non-destructive measurement of hydrogen diffusivity |
RU2766413C1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "КОНМЕТ" | Implant as a prosthesis of the auditory ossicles to replace damaged parts of the middle ear |
CN117723446A (en) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 北京科技大学 | Method for measuring hydrogen diffusion coefficient based on diffusion polynary and SKPFM |
CN117723446B (en) * | 2024-02-07 | 2024-05-07 | 北京科技大学 | Method for measuring hydrogen diffusion coefficient based on diffusion polynary and SKPFM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cheng et al. | A study of the corrosion of aluminum alloy 2024-T3 under thin electrolyte layers | |
Evers et al. | Hydrogen detection in metals: a review and introduction of a Kelvin probe approach | |
Nazarov et al. | Scanning Kelvin Probe for detection of the hydrogen induced by atmospheric corrosion of ultra-high strength steel | |
Kumar et al. | Anodic aluminium oxide based humidity sensor for online moisture monitoring of power transformer | |
RU2586960C1 (en) | Method of measuring diffusion of hydrogen in titanium | |
Schaller et al. | Spatial determination of diffusible hydrogen concentrations proximate to pits in a Fe–Cr–Ni–Mo steel using the Scanning Kelvin Probe | |
CN110823792A (en) | Method for evaluating service life of low-alloy corrosion-resistant steel in atmospheric corrosion | |
RU2653775C1 (en) | Method of pipeline corrosion monitoring | |
Han et al. | Development of a new method of measuring bubble size | |
Scenini et al. | Investigation of the role of electrokinetic effects in corrosion deposit formation | |
Steiner et al. | Investigation of IG-SCC growth kinetics in Al-Mg alloys in thin film environments | |
EP3615913B1 (en) | Apparatus and method for the non-destructive measurement of hydrogen diffusivity | |
EP3615930B1 (en) | Apparatus and method for the non-destructive measurement of hydrogen diffusivity | |
Ehrlin et al. | Cathodic hydrogen charging of Inconel 718 | |
CN104165948A (en) | Method for measuring content of residual chloride ions on surface of cold-rolled sheet | |
Etienne et al. | Local Evolution of pH with Time Determined by Shear Force‐based Scanning Electrochemical Microscopy: Surface Reactivity of Anodized Aluminium | |
Guthrie et al. | In-situ sensors for liquid metal quality | |
CN109612919A (en) | A method of for detecting galvanic couple type atmospheric corrosion sensor | |
Li et al. | Study on the evaluation of localized corrosion of 2024T3 aluminum alloy with EIS | |
Ciubotariu et al. | Corrosion studies of carbon steel X60 by electrochemical methods | |
Zoltowski | On the importance of equilibrium in studies on the transport of hydrogen in metals | |
Sari et al. | Development of the potentiometric method for measurement of Cu | |
RU2498282C1 (en) | Method for determining hydrogen content in titanium | |
CN111721663A (en) | Method for evaluating fish scaling performance of steel for enamel | |
Ohtsuka et al. | Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Absorption |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181009 Effective date: 20181009 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210318 |