ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ГИДРИДНОЙ КОРРОЗИИ

Известно, что водород интенсивно взаимодействует с рядом металлов, изменяя их свойства. Наиболее опасными с точки зрения ухудшения эксплуатационных характеристик являются процессы образования хрупких гидридов и развитие газовой пористости в объеме материала, что резко снижает прочностные характеристики и зачастую приводит к преждевременному разрушению изделий.

Основные закономерности взаимодействия водорода с металлами изучены достаточно подробно, однако задача подавления вредных воздействий водорода на свойства материалов в реальных условиях эксплуатации остается актуальной. Это обусловлено, по крайней мере, следующими обстоятельствами:

1. критерии, определяющие предельно допустимую концентрацию водорода в материале, как правило, устанавливаются при проведении исследований на микрообразцах и не гарантируют отсутствие хрупкости в сложнонапряженных крупногабаритных конструкциях;
   
2. формы проявления водородной хрупкости и соответствующие механизмы, ее вызывающие, достаточно многообразны. Поэтому не всегда удается предсказать все варианты воздействия водорода на материалы и, соответственно, предотвратить вредные последствия такого воздействия;
   
3. водород в металлах в "обычных" условиях эксплуатации (комнатные температуры и выше) достаточно подвижен. Поэтому под действием градиентов температур, напряжений, электрических и магнитных полей возможно локальное значительное пересыщение водородом отдельных областей материала.
   

Эффективным способом предотвращения вредного воздействия водорода на материалы может служить нанесение защитных покрытий, затрудняющих проникновение газа в изделие и обеспечивающих концентрацию Н2 в металле ниже предельно допустимой в течение всего срока эксплуатации.

К числу практически не взаимодействующих с водородом при температурах, близких к комнатным, следует отнести алюминий, относительно которого данных по теплоте адсорбции водорода также нет. Указывается лишь, что процессы растворения и проницаемости водорода в твердом алюминии сильно затруднены и лимитируются состоянием поверхности: проницаемость водорода в обычной атмосфере ничтожна и возрастает в 100 - 1000 раз при активации водорода, например, тлеющим электрическим разрядом . Серебро и медь также относятся к металлам, которые весьма слабо взаимодействуют с водородом, хотя адсорбция водорода на этих металлах экспериментально наблюдалась Перечисленные металлы образуют ряд, для которых поверхностные процессы взаимодействия с водородом являются скоростно-определяющими, и которые по этому параметру могут рассматриваться как одни из наиболее эффективных среди металлов для покрытий, препятствующих наводораживанию защищаемых материалов. По степени эффективности в порядке убывания эти металлы можно разместить следующим образом: Au, Cd, Zn, Al, Ag, Cu. Для других металлов процессы хемосорбции экспериментально фиксируются, протекая с большей или меньшей интенсивностью или же по своим свойствам, например, такие как калий, чистое олово и некоторые другие, мало пригодны для использования их в качестве покрытий, что дает основание исключить их из указанного выше ряда металлов.

Для нанесения защитных покрытий газофазный метод осаждения молибдена, были проведены исследования влияния условий формирования покрытий на их структурные особенности, которые могут сказываться на защитной способности покрытий в среде водорода. Исследования проводили на образцах из нержавеющей стали с молибденовым покрытием, полученным термической диссоциацией гексакарбонила молибдена в диапазоне температур 400...700?С.
Выполненные исследования показали, что в зависимости от условий проведения процесса осаждения молибдена и способа подготовки поверхности при росте покрытия могут формироваться макроструктуры типа глобул, веерообразные структуры с более рыхлыми межзеренными границами, микропоры в местах контакта растущих зерен и куполообразных наростов. Такие образования, или "макродефекты", безусловно, нежелательны для защитных покрытий.
С учетом результатов этих исследований были выбраны режимы и получены опытные образцы из материала, активно взаимодействующего с водородом (Ti), с нанесенными на них молибденовыми покрытиями. Поверхность образцов перед нанесением покрытия подвергалась ионно-плазменной очистке с последующим нанесением подслоя Mo толщиной 1...2 мкм. Защитные молибденовые покрытия наносили при температуре 450?С. Толщина покрытий составляла 10...15 мкм.
Испытания образцов проводили в среде водорода при давлении 600 мм.рт.ст. Температура образцов в процессе испытаний регулировалась терморегулятором типа КВП-1-503 и поддерживалась в пределах 60±2?С. Измерение температуры осуществлялось с помощью термопары Х-А. Результаты испытаний оценивались по изменению веса образцов, определявшегося с точностью до 10-5 г, а также визуальным осмотром при увеличении 20x на микроскопе МБС-9.

Проведенные испытания в течение 3000 час. показали, что изменения веса и внешнего вида образцов за всю кампанию практически не произошло.
Полученные экспериментальные результаты подтверждают выводы, сделанные на основе теоретических исследований, о высоких защитных свойствах в водородсодержащих средах такого материала как молибден. Газофазный метод формирования таких покрытий обеспечивает необходимое их качество и может быть рекомендован для практического использования при защите материалов, чувствительных к воздействию водорода.