Введение к работе
Актуальность работы. Взаимодействие водорода с металлами, покрытыми пассивирующим углеродным слоем и кинетика Формирования углеродного слоя на поверхности металла представляют большой научный интерес. За последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в исследованиях взаимодействия водорода с металлами. С одной стороны, уровень экспериментальных работ позволяет получать достоверные величины параметров взаимодействия водорода с металлами и, с другой стороны, уровень теоретических расчетов обеспечивает получение результатов, вполне согласующихся с экспериментами. Перенос хе водорода через неметаллы практически не исследован из-за серьезных методичеких трудностей. В то хе время, экспериментальное определение характеристик взаимодействия водорода с неметаллами представляет большой интерес, поскольку на данном этапе для развития теории необходимо установление эмпирических закономерностей, связывающих эти характеристики с особенностями электронной и кристаллической структуры неметаллов. Проведение экспериментов с двухслойной системой, один из слоев которой .-неметалл, помогает обойти многие трудности. В данной работе в качестве такого слоя выбрана углеродная графитоподобная пленка, так как вопросы взаимодействия водорода с графитом в настоящее время являются предметом интенсивных исследований.
С практической точки зрения проблема водородопроницаемости углеродных покрытий и пленок на металлических поверхностях представляет значительный интерес в двух аспектах. С одной стороны, графит и материалы на его основе рассматриваются как перспективные защитные покрытия поверхностей, эксплуатируемых в подородосодерхащих средах при повышенных температурах. С другой стороны, углеродные отлохения на поверхности диффузионных фильтров в аппаратах для получения особо чистого водорода, металлических катализаторов в процессах промышленной переработки нефти и нефтепродуктов приводят к резкому снижению их эксплуатационных характеристик, поскольку в первом случае препятствуют доступу водорода к рабочим поверхностям, а во втором - резко снихают активность хаталитической поверхности. Несмотря на практическую важность этой проблемы, надежные количественные данные по водородопроницаемости таких объектов в литературе отсутствуют. Углеродные графитоподобные покрытия являются в течение последних лет предметом пристального внимания и исследования, но тем не менее
не сложилось единого мнения о кинетике и механизмах их формирования. Отсутствуют таксе достоверные количественные оценки этих процессов.
В качестве объектов исследования были выбраны углеродные покрытия, получаемые пиролитическим разложением углеводородов на разогретой металлической подложке, в качества материала подложки использовался никель, для которого известен достаточно полный набор параметров его взаимодействия с водородом.
Целью работы является создание методического подхода, обеспечивающего изучение процессов формирования углеродных слоев на металле, определение механизма и параметров кинетики переноса водорода в этих слоях. Для ее реализации необходимо решение следующих задач:
-
Разработка модельных представлений о механизме Формирования углеродных графитоподобных покрытий (пленок) на металлической подложке.
-
Конструирование и создание автоматизированного экспериментального комплекса, объединяющего в одном эксперименте методы водородопроницаемости и химического газового реактора с ленточным катализатором, с целью одновременного исследования процессов Формирования углеродного слоя и переноса водорода через систему металл.- углеродная пленка.
-
Экспериментальное определение численных значений параметров процесса формирования углеродной пленки.
-
Разработка модельных представлений для исследования переноса водорода сквозь систему металл - углеродное покрытие.
-
Экспериментальные исследования переноса водорода сквозь систему металл - углеродное покрытие с целью установления механизма переноса и расчета его параметров.
Научная новизна работы:
-
Разработана новая методика исследования кинетики Формирования углеродного графитоподобного слоя на металлической подложке, основанная на измерениях спада давления углеводородной смеси в химическом газовом реакторе.
-
Впервые определены параметры переноса ацетилена по углеродному графитоподобному слою.
-
Предложена модель переноса водорода через систему металл -углеродная графитоподобная пленка и установлен механизм переноса водорода в пленке в виде молекулы с захватом на несовершенствах и дефектах ее структуры.
- 5 -4. Впервые измерены коэффициенты диффузии водорода в углеродной пленке, константы захвата и высвобождения в интервале температур 200 - 400С.
Практическая значимость. Показана перспективность использования импульсных методов для определения параметров проникновения водорода сквозь систему металл - углеродное покрытие. Методика нанесения графитоподобных покрытий на металлы путей пиролиза углеводородов при одновременном контроле за кинетикой процесса позволяет получить параметры кинетики формирования таких пленок. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для расчета защитных покрытий первой стенки термоядерных реакторов, а такхе в инженерных расчетах, связанных с проектированием и эксплуатацией диффузионных промышленных аппаратов для получения особо чистрго водорода.
Основные защищаемые положения:
1. Результаты исследований кинетики пиролитического нанесения
углеродных покрытий.
-
Модель переноса водорода по углеродной пленке в виде молекул с обратимым захватом и результаты исследований переноса водорода через систему металл - углеродная пленка.
-
Методические и аппаратурные разработки для объединения методов газового химического реактора с ленточным катализатором н мембранного эксперимента.
Дпробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-техническом семинаре "Техноэ*о*огия-91" (Донецк, 19Э1 г.), совещании рабочей группы ITER (Санкт-Поторбург, 1932 г.), I международном семинаре "Наталя - водород - 02" (Лоницк, 1992 г.)
По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, сделано 5 докладов.
Структура и объем работы. Диссертация -состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит -70 страниц машинописного текста, 2.S" рисунков м список литературы, состояний из #2. наименований.
