Способ регулирования водородопроницаемости электропроводных материалов

lО П И С А Н И Е (и 695340ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23 ) П риорнтет -Гасудерстввниый комитет СССР па делам изабретений и аткрытий1В, И. Шарапов, А; П. Захаров в Л.А. уваров и П Т1о 11 ; ттаОрдена Трудового Красного Знамени институт физическойхимии АН СССР(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДОТРОНИЦАЕМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технике управления физическими характеристиками, в частности газопроницаемостью мате-, риалов, а также к исследованию диффузионных свойств материалов с использованием тлеющего электрическоГо разряда для ионизации газа и нагрева материала, и может найти применение, например, в химической промышленнсти, для регулирования водопроницаемости металлических мембран.10Известен способ повышения водбродопроницаемости металлов, основанный на использовании металла в качестве катода при ионизации водорода в ус 15 ловиях тлеющего электрического разряда и постоянном потенциале-между электродами 11Однако этот способ не позволяет управлять водородопроницаемостью при повышенных температурах.Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования газо- проницаемости, например водородопроницаемости электропроводных материалов, заключающийся в том, что после возникновения тлеющего электрического разряда изменяют в пределах его существования объемную концентрацию ионов водорода в разрядномпромежутке при неизменной полярности приложенного напряжения 12 .Это способ позволяет расширить диапазон непрерывного регулирования водородопроницаемости материала, однако возможность увеличения водородопроницаемости в пределах существования тлеющего разряда при этом остается ограниченной, что может лимитировать производительность металличес- ких мембран, работающих, например, в качестве водородных фильтров.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования за счет повышения верхнего значения водородопро- ницаемости.Это достигается тем,:что в заполненный водородом разрядный объем до-.3 6953полнительно вводят инертный;газ, например аргон, и в пределах существования тлеющего разряда изменяют объемную концентрацию ионов в разрядномпромежутке при неизменной полярностиприложенного напряжения,Способ основан на том, что привключении электропроводного материала, например металлической мембраны, в качестве катода и возникно- овения в газовой смеси тлеющего элек-трического разряда, этот материал,в отличие от случая чисто водородной плазмы, подвергается бомбардировке не только ионами (атомамиводорода, но и атомами инертного газа.При этом концентрация атомов водорода,захватываемых мембраной, повышается засчет образования дополнительных дефектов кристаллической решетки что и 20приводит к увеличению водородопрони/цаемости материалаВ то же время атомы инертного газа практически не диффундируют через металл вследствиевесьма малой величины их коэффициентов диффузии.Способ может быть реализован вслучае металлических мембран толщиной0,1-2,0 мм из молибдена, вольфрама,нержавеющих сталей и др, металлов свысокими коэффициентами диффузии межузельных атомов, Температура материалаоварьируется от комнатной до 400-450 С;причем нагрев осуществляется за счетэнергии тлеющего разряда, При болеевысоких температурах диапазон регулирования водородопроницаемости в условиях тлеющего разряда уменьшается изза отжига образующихся дефектов, хотя коэффициенты проницаемости остаются,значитеЛьно вышее соответствующей величины при термическом проникновении.При температурах выше 650 С влияниепараметров тлеющего разряда, в томчисле содержания инертного газа в 4разрядном объеме, практически исчезает вследствие увеличения роли чистотермической активации водорода, При - рода инертного газа не имеет значениядля реализации способа, а его концент-рация варьируется в весьма широкихпределах, практически от 10 до 90 об, .При относительно низких концентрациях,инертного газа число возникающих приразряде дополнительных дефектов кристаллической решетки невелико, поэтомуэффект повышения водородопроницаемости выражен слабее, При относительновысоких концентрациях, положительного 40 4эффекта также может не быть вследствие того, что атомы инертного газа, захваченные металлом, будут препятствовать диффузии водорода. При реализации способа ввод инертного газа в разрядный объем может быть произведен либо до зажигания тлеющего разряда, либо после возникновения разряда, но во всех случаях водородопроницаемость дополнительно плавно регулируют изменением объемной концентрации ионов (в пределах существования тлеющего разряда) за счет изменения плотности тока разряда при неизменной полярности приложенного напряжения.Данный способ регулирования водородопроницаемости материалов проверен в лабораторных условиях на специальной диффузионной ячейке для изучения водородопроницаемости металлов йз плазмы тлеющего разряда. Измерения проводят на высоковакуумной установке с масс-спектрометрической регистрацией пводиффундировавшего газа, Определание водородопроницаемости производят ранее предложенным способом, который позволяет использовать тонкие и хрупкие мембраны.П р и м е р 1. В качестве исследуемого материала используют Мо-мембрану толщиной 0,1 мм, Мембрану включают как катод диффузионной ячейки с молибденовым анодом, который одновременно служит нагревателем, Разрядный объем заполняют смесью 50 об,. водорода и 50 об, аргона, Давление в ячейке поддерживают в пределах 10-15 мм рт.ст, При зажигании тлеющего разряда напряжение на электродах составляет 340 В, плотность разрядного тока 3 мА/см. Температуру мембраны поддерживают равной 200 С. Продиффундировавший водород регистрируют массспектрометроми определяют коэффициент водородопроницаемости, равный 1,1. 10 смсм с, Для сравнения на-Б 3 -2 -4ходят коэффициент водородопроницаемости при тлеющем разряде в чистом водороде в тех же прочих условиях,-6 5 который оказывается равным 1,7 10 см-2.см с . При этом плотность тока разряЯ да ионов водорода берут равной 1,5 мА/см для того, чтобы плотность тока водородных ионов в обоих случаях была одинаковой. Таким образом, при введении в разрядный объем инертного газа в количестве 50 об. .,водородопроницаемость повысилась в,6,5 раз. Дальнейшее регулирование водородопроницаемос0 6 ка йодородных ионов менение коэффициента мости в зависимости водородной и водород мы (при соотношении си 1:1) представлено 1,5 мЛ/см. Из- водородопроницаеот температуры для но-аргонной плаэкомпонентов,смев таблице. РН+Д 1106 5 18 23,4 29 зывают, что при водородопроница инертного газа Результаты пок всех температурах мость при введени разрядный объем п при 430.-450 С эфф исчезает. Таким регулиров электропр чивает ра рования з предела ввьппается, однако кт уже практичес иэобретени м Способ регулирования водородопроницаемости электропроводных материалов, преимущественно металлических мембран, основанный на пропускании потока водорода, ионизированного тлеющим газовым разрядом, через, материал, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования за счет повьппения верхнего значения водородопроницаемости, в заполненный водородом разрядный объем дополнительно вводят инертный газ. нформации, е при экспертиз др Известия ву я, 1969, вып. 3 чникивнимаР.А.эичес Исто.абинец Кор екторЛ, Ив ор Подписноеомитета СССРоткрытийушская наб. д, 4/5Проектная,город, ул г. 5 69534 ти при диффузии водорода через мембраР ну в условиях тлеющего разряда из водородно-аргонной плазмы производят изменением концентрации разряжающихся ионов водорода за счет изменения плот 5 ности разрядного тока. При всех сопоставимых плотностях тока в случае разряда в смеси водорода с инертным газом коэффициент водородопроницаемости вьппе, чем при разряде в чистом во дороде,П р и м е р 2. В качестве катода диффузионной ячейки используют мембрану из нержавеющей стали(Х 18 Н 9 Т) толщиной 0,5 мм, а в качестве анода - молибден, В разрядный объем вводят водород и зажигают разряд. Температуру мембраны поддерживают близкой к комнатной, Изменением плотности раз рядного тока, т,е, концентрации разряжающихся ионов водорода, водородопроницаемость регулируют в пределах существования тлеющего разряда лишь до определенной величины. Затем,не прерывая разряда,в разрядный промежу-Ф ток вводят инертный газ - гелий в количестве 10 об.%. В результате верхний предел водородопроницаемости повьппается примерно в 1,5 раза.П р ц м е р 3. Определяют водородопроницаемость трубчатого образца поликристаллического вольфрама с толщиной стенки 2 мм, Напряжение на электродах изменяют от 350 до 500 В, плотность тока разряда поддерживают за счет изме"335 нения давления водорода около 5 мА/см При этом водородопроницаемость образцанагретого до 360 С, возрастает от 5 до 2510 см см с . При введении в разрядный объем,заполненный водородом .40 аргона в количестве 90 об,% и последующем регулировании водородопроницаемости изменением объемной концентрации ионов водорода путем изменения плотности разрядного тока, верхний пре 4 дел водородопроницаемости увеличивают еще в несколько раз.П р и м е р 4, Исследуют влияние температуры на водородопроницаемость молибденовой мембраны, толщина которой 0,1 мм. Параметры тлеющего разряда: напряжение - 340 В, плотность то,Составит Редакт Т,Колодцева Техред А". Заказ 4523 18 Тираж 907 ВНИИПИ Государственного кпо пелам изобретений и 113035 Москва, ЖРа Филиал ППП Патент , Уж,7 3,4 7,0 13 22 31,6 образом, предлагаемый способания водородопроницаемостиоводных материалов обеспесширение диапазона регулиа счет повьппения верхнегоодородопроницаемости. ое свидетельство СССР 6 О 1 К 13/00, 25.03.71