Vätgasladdning av aluminium med friktion i vatten
Summary
För att införa stora mängder väte i aluminium och aluminiumlegeringar utvecklades en ny metod för väteladdning, kallad friktionen i vattenförfarandet.
Abstract
En ny metod för väteladdning av aluminium utvecklades med hjälp av en friktion i vatten (FW) förfarande. Detta förfarande kan lätt införa stora mängder väte i aluminium baserat på den kemiska reaktionen mellan vatten och icke-oxidbelagd aluminium.
Introduction
I allmänhet har aluminiumbaslegeringar högre motståndskraft mot miljöväteförsprödning än stål. Den höga motståndskraften mot väteförsprödning av aluminiumlegeringar beror på oxidfilmer på legeringsytan som blockerar väteinträde. För att utvärdera och jämföra den höga sprödningskänsligheten mellan aluminiumlegeringar utförs vanligtvis väteladdning före mekanisk provning1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17. Det är dock känt att vätgasladdning aluminium är inte lätt, även när du använder väteladdningsmetoder såsom katodisk laddning15, långsam stamhastighet deformation under fuktig luft16, eller väte plasma gas laddning17. Svårigheten att vätgasladdning aluminiumlegeringar beror också på oxidfilmer på aluminiumlegering ytan. Vi postulerade att högre mängder väte skulle kunna införas i aluminiumlegeringar om vi kunde ta bort oxidfilmen kontinuerligt i vatten. Termodynamiskt18, ren aluminium utan oxid film reagerar lätt med vatten och genererar väte. Baserat på detta har vi utvecklat en ny metod för väteladdning av aluminiumlegeringar baserat på den kemiska reaktionen mellan vatten och icke-oxidaluminium. Denna metod kan lägga till stora mängder väte i aluminiumlegeringar på ett enkelt sätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
En viktig aspekt av FW-proceduren är fastsättningen av de två exemplaren till den magnetiska omröraren. Eftersom mitten av omröraren baren blir icke-friktion zon, är det bäst att undvika fastsättning av exemplaren i mitten av omrörare baren.
Kontroll av rotationshastigheten på rörrörstången är också viktig. När hastigheten är mer än 240 rpm, blir det svårt att behålla reaktionskärl på scenen av den magnetiska omröraren. När FW-proceduren utförs med hög hastighet behö…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes ekonomiskt delvis av The Light Metal Educational Foundation, Inc., Osaka, Japan
Materials
| Air furnace | GC | QC-1 | |
| Aluminum alloy plates | Kobe Steel | Al/1.0 mass% Mg/0.8 mass% Si | |
| Electric balance | A&D | HR-200 | |
| Glass container | Custom made | ||
| Magnetic stirrer | CORNING | PC-410D | |
| Optical Comparator | NIKON | V-12B | |
| pH meter | Sato Tech | PH-230SDJ | |
| Quartz tube | Custom made | ||
| Rotary polishing machine | IMT | IM-P2 | |
| Secondary electrom microscope | JOEL | JSM-5310LV | |
| Sensor gas chromatograph | FIS Inc. | SGHA | |
| Silicon carbide emery paper | IMT | 531SR | |
| Tensile testing machine | Toshin Kogyo | SERT-5000-C | |
| Tubular furnace | Honma Riken | Custom made |
References
- Horikawa, K., Matsubara, T., Kobayashi, H. Hydrogen charging of Al-Mg-Si-based alloys by friction in water and its effect on tensile properties. Materials Science and Engineering A. 764, 138199 (2019).
- Horikawa, K. Current research trends in aluminum alloys for a high-pressure hydrogen gas container. Journal of Japan Institute of Light Metals. 60, 542-547 (2010).
- Kuramoto, S., Hsieh, M. C., Kanno, M. Environmental embrittlement of Al-Mg-Si base alloys deformed at low strain rates in laboratory air. Journal of Japan Institute of Light Metals. 52, 250-255 (2002).
- Horikawa, K., Yoshida, K. Visualization of Hydrogen in Tensile-Deformed Al-5%Mg Alloy by means of Hydrogen Microprint Technique with EBSP Analysis. Materials Transactions. 45, 315-318 (2004).
- Ueda, K., Horikawa, K., Kanno, M. Suppression of high temperature embrittlement of Al-5%Mg alloys containing a trace of sodium caused by antimony addition. Scripta Materialia. 37, 1105-1110 (1996).
- Horikawa, K., Ando, N., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen gas evolution during deformation and fracture in SCM 440 steel with different tempering conditions. Materials Science and Engineering A. 534, 495-503 (2012).
- Horikawa, K., Yamada, H., Kobayashi, H. Effect of strain rate on hydrogen gas evolution behavior during tensile deformation in 6061 and 7075 aluminum alloys. Journal of Japan Institute of Light Metals. 62, 306-312 (2012).
- Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of diffusive hydrogen in low alloy steel by means of hydrogen microprint technique at elevated temperatures. Materials Transactions. 50, 759-764 (2009).
- Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen during fatigue fracture in an Al-Mg-Si alloy. Journal of Japan Institute of Light Metals. 56, 210-213 (2006).
- Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. Visualization of hydrogen distribution in tensile-deformed Al-5%Mg alloy investigated by means of hydrogen microprint technique with EBSP. Journal of the Japan Institute of Metals. 68, 1043-1046 (2004).
- Yamada, H., Tsurudome, M., Miura, N., Horikawa, K., Ogasawara, N. Ductility loss of 7075 aluminum alloys affected by interaction of hydrogen, fatigue deformation, and strain rate. Materials Science and Engineering A. 642, 194-203 (2015).
- Toda, H., et al. Effects of hydrogen micro pores on mechanical properties in a 2024 aluminum alloys. Materials Transactions. 54, 2195-2201 (2013).
- Yamada, H., Horikawa, K., Matsumoto, T., Kobayashi, H., Ogasawara, N. Hydrogen evolution behavior of tensile deformation process in 6061 and 7075 aluminum alloys. Journal of Japan Institute of Light Metals. 61, 297-302 (2011).
- Horikawa, K., Kobayashi, H. Hydrogen absorption of pure aluminum by friction of the surface in water and its effect on tensile properties. Journal of the Japan Institute of Metals. 84, (2020).
- Suzuki, H., Kobayashi, D., Hanada, N., Takai, K., Hagihara, Y. Existing state of hydrogen in electrochemically charged commercial-purity aluminum and its effects on tensile properties. Materials Transactions. 52, 1741-1747 (2011).
- Horikawa, K., Hokazono, S., Kobayashi, H. Synchronized monitoring between hydrogen gas release and progress of atmospheric hydrogen embrittlement in 7075 aluminum alloy. Journal of Japan Institute of Light Metals. 66, 77-83 (2016).
- Manaka, T., Aoki, M., Itoh, G. Thermal desorption spectroscopy study on the hydrogen behavior in a plasma-charged aluminum. Materials Science Forum. 879, 1220-1225 (2016).
- Ellingham, H. J. T. Reducibility of oxides and sulphides in metallurgical processes. Journal of the Society of Chemical Industry. 63, 125-133 (1944).
- Pourbaix, M. . Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Ist ed. , 168-176 (1966).
- Young, G. A., Scully, J. R. The diffusion and trapping of hydrogen in high purity aluminum. Acta Materialia. 46, 6337-6349 (1998).
- Smith, S. W., Scully, J. R. The identification of hydrogen trapping states in an Al-Li-Cu-Zr alloy using thermal desorption spectroscopy. Metallurgical and Materials Transactions A. 31, 179-193 (2000).
