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                    氫氣對金屬有何作用

                    2023-04-01 15:21:40
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                    氫原子是自然界Z小的原子,氫原子十分活潑,和金屬之間有較大的親和力。材料在制備和加工(如冶煉、澆鑄、焊接、酸洗等)時會有氫進入,在服役時氫也可能進入。氫在合金中或與合金元素反應生成氫化物和氫化合物,或以氫原子形態聚集于位錯、缺陷處,或從金屬中析出形成氫分子氣團,也可能與第二相發生化學反應從而生成氣體產物,如銅合金中H2與CuO反應生成的高壓水蒸氣及鋼中氫與碳反應生成的CH4氣體等。

                    這些脆性氫化物和聚少成多的氣體極易對金屬組織和性能產生重大影響。金屬內部不斷析出的氣團聚集在晶界、相界和缺陷處,當壓力達到一定大小時便會促使位錯移動,造成裂紋萌生并持續推動裂紋擴展,Z終使金屬斷裂失效,這就是氫脆現象。

                    金屬中如果存在一定量的脆性氫化物,也會使金屬塑性韌性下降。從另一角度來看這些作用,如果加以利用,則氫元素對金屬內部位錯的推動作用有利于細化組織、增加塑性、制備粉體材料等。利用氫元素的關鍵在于將其含量控制在安全范圍內,氫含量過高的金屬和合金在使用前必須進行除氫。氫元素本身的活潑也使它易于和金屬中氣體雜質元素發生反應,如氧、碳、氮等,因此在金屬處于保護氣氛+氫氣氛熔煉時,有利于O和H反應生成H2O(C、N元素則分別生成CH4、NH3等),從而凈化熔體。利用氫對金屬的細化組織、增加塑性、促進非晶化、凈化熔體的作用,可以制備性能優異的金屬和合金,獲得高純度金屬,還可以改善加工過程。

                    相比于制取氫氣過程中得到的副產物如氣體CO、N2、H2S等,氫氣更容易在金屬膜表面解離,向內部擴散,Z后從另一端脫附。利用這種天然的氣體選擇性,金屬膜材料可用以提高氫氣的純度。


                    1氫對金屬的有害作用氫的有害作用主要是由氫滲透所帶來的氫脆、脆性氫化物、氫致微裂紋等。早在19世紀,Johnson就證實氫能顯著惡化材料的力學性能,并產生無預警的脆斷[1]。氫脆有以下幾個顯著特征[2]:①惡化力學性能,降低伸長率和斷面收縮率;②斷裂發生突然,無明顯征兆;③改變斷裂機制,隨著材料中氫含量的增加,斷裂模式由韌窩斷裂向脆性解理或沿晶斷裂轉變。


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