Hydrogenlading av aluminium ved hjelp av friksjon i vann
Summary
For å introdusere store mengder hydrogen i aluminium og aluminiumlegeringer, ble en ny metode for hydrogenlading utviklet, kalt friksjonen i vannprosedyren.
Abstract
En ny metode for hydrogenlading av aluminium ble utviklet ved hjelp av en friksjon i vann (FW) prosedyre. Denne prosedyren kan enkelt introdusere store mengder hydrogen i aluminium basert på den kjemiske reaksjonen mellom vann og ikke-oksidbelagt aluminium.
Introduction
Generelt har aluminiumbaselegeringer høyere motstand mot miljømessig hydrogenembrittlement enn stål. Den høye motstanden mot hydrogengjbrittlement av aluminiumlegeringer skyldes oksidfilmer på legeringsoverflaten som blokkerer hydrogenoppføring. For å evaluere og sammenligne høy embrittlement følsomhet mellom aluminiumlegeringer, hydrogen lading utføres vanligvis før mekanisk testing1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17. Det er imidlertid kjent at hydrogenlading aluminium ikke er lett, selv når du bruker hydrogen lademetoder som cathodic lading15,langsom belastning strekkhastighet deformasjon under fuktig luft16,eller hydrogen plasma gass lading17. Vanskeligheten med hydrogenlading aluminiumlegeringer skyldes også oksid filmene på aluminiumlegering overflaten. Vi postulerte at høyere mengder hydrogen kunne innføres i aluminiumslegeringer hvis vi kunne fjerne oksidfilmen kontinuerlig i vann. Termodynamisk18, ren aluminium uten oksid film reagerer lett med vann og genererer hydrogen. Basert på dette har vi utviklet en ny metode for hydrogenlading av aluminiumlegeringer basert på den kjemiske reaksjonen mellom vann og ikke-oksidaluminium. Denne metoden er i stand til å legge til store mengder hydrogen i aluminiumlegeringer på en enkel måte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Et viktig aspekt ved FW-prosedyren er vedlegget av de to prøvene til magnetrøreren. Fordi midten av rørestangen blir ikke-friksjonssonen, er det best å unngå vedlegg av prøvene i midten av rørestangen.
Kontroll av rotasjonshastigheten til rørestangen er også viktig. Når hastigheten er mer enn 240 rpm, blir det vanskelig å opprettholde reaksjonsbeholderen på scenen av magnetrøreren. Når FW-prosedyren utføres ved høy hastighet, er det nødvendig å feste reaksjonsbeholderen til d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble økonomisk støttet 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).
