Донецкий национальный технический университет

М. В. Гольцова, доцент

Г. И. Жиров, доцент

ОАО «НПК «Суперметалл»

В. В. Васекин, ген. директор

Л. А. Спортсмен, гл. спец.

Только диффузия водорода через металлические мембраны позволяет получать высокочистый водород с количеством примесей 10^–6–10^–8 %. Такой водород необходим для производства полупроводников, применения в пищевой, фармацевтической, металлургической промышленности и некоторых других отраслях, в физических и химических экспериментах; для реализации тонкой очистки, удаления и разделения изотопов водорода в термоядерных реакторах и др. В данной работе рассмотрены некоторые аспекты взаимодействия водорода с палладием и сплавами PdH_x. Экспериментально показано, что взаимодействие водорода с палладием сопровождается сильными макро- и микроструктурными эффектами, которые должны учитываться в технологиях работы низкотемпературных диффузионных мембранных аппаратов. Так, на микроуровне «водородные удары» вызывают эффект сдвига зерен в Pd и сплавах PdH_x. Показано, что водород, предварительно растворенный в палладии, резко усиливает наблюдаемый эффект. Процесс имеет сложную динамику: сначала — инкубационный период, далее возможны временные выпучивания отдельных зерен, обратное их «втягивание» в объем образца. В дальнейшем процесс «подвижки» зерен прекращается и картина стабилизируется. Полная эвакуация водорода из палладия не приводит к исходному зеренному расположению, и их сдвиг сохраняется как остаточный эффект водородного удара. На макроскопическом уровне насыщение палладия водородом вызывает его формоизменение (изгибы). Установлено, что при водородном воздействии обратимые изгибы палладиевой пластины ~2,5 раза больше, чем обратимые изгибы при чисто механическом нагружении, что, несомненно, должно учитываться в технологиях получения высокочистого водорода.

1. Goltsova M. V., Vasekin V. V., Zhirov G. I. Platinum Metals Key Role In Hydrogen Economy Progress and The Fundamentals Of Hydrogen Palladium Membrane Technology // Proc. International Hydrogen Energy Congress and Exhibition, IHEC-2007. — Istanbul, 2007.
2. Гольцов В. А., Гольцова Л. Ф., Veziroğlu T. N., Васекин В. В., Спортсмен Л. А. Устойчивый путь к водородной рыночной экономике: принципиальные основы и ключевая роль платиновых металлов // Драгоценные металлы и драгоценные камни. 2008. № 8. С. 82–87.
3. Гольцов В., Гольцова М., Жиров Г., Гольцова Л., Васекин В., Спортсмен Л. А. Перспективы водородной мембранной технологии: технические и рыночные аспекты // Матер. конференции ПМ’2010. Платиновые металлы в современной индустрии, водородной энергетике и в сферах жизнеобеспечения будущего. — М. : АСМИ, 2010. С. 80–86.
4. Пат. 3804616 США. Сплав на основе палладия для изготовления фильтрующих элементов, используемых при получении водорода высокого качества / Гольцов В. А., Гельд П. В., Тимофеев Н. И., Каган Г. Е., Беляев И. Ф. ; опубл. 16.07.74.
5. А. с. 463729 СССР. Сплав на основе палладия / В. А. Гольцов, Н. И. Тимофеев ; опубл. 15.03.75, Бюл. № 10.
6. Goltsova M. V., Artemenko Yu. A., Zhirov G. I. Hydride transformations: nature, kinetics, morphology // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. — Donetsk : Kassiopeya, 2001. P. 161–184.
7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. — М. : Наука, 1965. Т. 7. С. 27–30.
8. Гольцова М. В., Жиров Г. И. Сдвиг зерен в палладии и сплавах PdH_x при водородных ударах // Физика металлов и металловедение. 2002. Т. 94, № 3. С. 66–71.
9. Goltsova M. V., Artemenko Yu. A., Zaitsev V. I. Kinetics and morphology of the reverse β→α hydride transformation in thermodynamically open Pd–H system // J. Alloys & Compounds. 1999. Vol. 293–295. P. 379–384.
10. Гольцова М. В., Жиров Г. И., Артеменко Ю. А. Когерентные и некогерентные изменения предварительно полированной поверхности гидрида палладия при дополнительном насыщении водородом // Физика металлов и металловедение. 2001. Т. 93, № 3. С. 1–5.
11. Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. — М. : Металлургия, 1985. — 216 с.
12. Ткачев В. И., Холодный В. И., Левина И. Н. Работоспособность сталей и сплавов в среде водорода. — Львов : Вертикаль, 1999. — 255 с.
13. Гольцов В. А., Редько А. Л., Глухова Ж. Л. Термодинамические основы явления водородоупругости // Физика металлов и металловедение. 2003. Vol. 95, № 1. С. 21–26.
14. Гольцов В. А., Глухова Ж. Л. Упругое изменение формы палладиевой пластины под воздействием водорода. Результаты эксперимента // Там же. 2000. Т. 90, № 4. С. 68–73.
15. Гольцова М. В., Любименко Е. Н. Особенности формирования градиентного сплава палладий—водород и формоизменение палладиевой пластины в процессе одностороннего насыщения водородом // Там же. 2011. Т. 112, № 4. С. 393–403.
16. Гольцова М. В., Любименко Е. Н. Влияние температуры на формоизменение палладиевой пластины при ее одностороннем насыщении водородом // Там же. 2012. Т. 113, № 2. С. 162–169.