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耐磨板知识

氢在耐磨板中存在的行为
来源:天津市东和盛泰钢铁商贸有限公司 发布时间: 2015-6-9 10:07:57 【返回上一步】
本页关键词:NM400耐磨板

氢在耐磨板的存在状态及其行为  氢在金属中可能形成固溶体、氢化物、分子状态氢气,也可能与金属中的第二相进行化学反应而生成气体产物(例如铜合金由H2与 CuO反应生成的高压水蒸气及钢中氢与碳反应生成的CH4气体等)存在于金属中。
  氢溶入耐磨板  氢在耐磨板的溶解度随相结构的不同而变化。如当900℃一个大气压时在α-Fe中氢的溶解度在100g金属中为3ml,而γ-Fe中氢的溶解度在100g金属中为4.7ml(见金属中气体)。氢在Fe、Ni、Mn、Cu、Cr等金属中的溶解为吸热反应,温度愈高溶解度愈大,这些金属由高温急冷至室温时,即可能在晶体缺陷或孔隙处形成高压气体,钢中白点就是在此高压气体和应力(热应力或组织应力)的联合作用下形成的。氢在某些活性金属如稀土或ⅣB、ⅤB族金属中的溶解是放热反应,它们极易生成氢化物。
  氢与耐磨板的点缺陷、位错、溶质原子、晶界、碳化物等发生复杂的交互作用,它们与氢原子存在大小不同的结合能,在不同条件下可以固定或释放氢原子,这就是近年来发展的所谓陷阱(trapping)理论。按氢原子与这些缺陷或质点交互作用能的大小可将陷阱分为可逆性及不可逆性两种,前者例如位错、溶质原子与氢原子的结合能较小(0.2~0.5eV),有时可作为氢原子的陷阱,有时又可释放氢原子。实验证明,当耐磨板钢中形成某些活性元素(如稀土、V、Ti、Nb等)的碳化物或氮化物时,它们与氢原子有较大的结合能(0.8~0.95eV),可形成不可逆陷阱,容易将氢原子固定在其周围,减轻氢的危害作用。
  氢在耐磨板的扩散  研究氢在金属中的扩散及迁移是确定氢在金属中行为的一个重要方面。氢在金属中扩散系数的测定方法一般用电解渗膜法、热萃取法、内耗法及弹性后效法等,在高氢浓度时,则采用穆斯堡尔谱法及中子衍射等方法来测定。氢的扩散系数符合斐克方程,式中D(cm2/s)为扩散系数,D0称为扩散常数,Q为克分子氢的扩散激活能,R为气体常数,T为绝对温度。
  氢原子直径较小,在金属点阵内以较高的速度扩散,扩散系数在10-8~10-5cm2/s范围,图1是氢、氧、氮三种填隙原子在纯铌中扩散系数(D)的比较。可以看出,在室温附近时,DH=10-5cm2/s,比相同温度下氧的扩散系数高15个数量级。


  用弹性后效法测定 V 、 Nb 、Ta 等耐磨板氢及其同位素的扩散系数的结果表明,氘与氚在这些金属中的扩散行为与氢相似,其扩散系数随质量的增加而降低,而扩散激活能力则随之而增加,即符合经典的扩散理论。但在低温时(<-50℃)的实验结果并不符合这一规律,这是由于扩散机制改变所致。测定氢在铁中的扩散系数无疑具有特别重要的意义。但不同作者所得的数据(0~200℃)有的竟相差达几个数量级。原因之一是多数实验的结果受样品表面状态的影响。弹性后效法虽与样品表面状态无关,数据比较可靠,但对那些氢溶解度较小的金属(如α-Fe),氢扩散系数的测定,在技术上还存在一定的困难。另一重要原因是氢在耐磨板的扩散系数与金属本身的纯度关系极大,当Fe中存在O、N等杂质原子后,由于这些原子对氢原子的陷阱作用,将严重降低氢的扩散系数。

 
  由于氢在晶体点阵中有极高的活动性和扩散速度,氢在溶解状态的行为与一般气体或液体的行为颇相似。因此阿勒费尔德 (G.Alefeld)学派提出了所谓点阵气体模型(lattice gas model)。晶体点阵被看作是氢原子的一个不连续空间容器,氢原子在点阵间隙中自由运动犹如一般的气体或液体一样。如果把氢原子浓度用点阵气体的密度来表示,则此时的相图(图2)就可以看作是一个单组元的气-液-固的相平衡。氢处在固溶状态看作气相(α),低氢化物看作液相(α'),高氢化物看作固相(β)。如果一个含30%氢原子的铌氢合金,从高温急冷至α+α'两相区(图2),将产生spinodal分解;它将分解成低氢浓度的α相 (共格)及高氢浓度的α'(非共格);α+α'两相区,则可以看作是高压低温条件下气液两相共存区。

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