Экспериментальное определение теплоты переноса водорода в

УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
А.А. ШМАКОВ, Б.А. КАЛИН, В.М. АНАНЬИН, С.Н. ТИМОШИН1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ОАО «Машиностроительный завод», Электросталь
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ
ПЕРЕНОСА ВОДОРОДА В СПЛАВЕ Э110
Впервые экспериментально определена теплота переноса водорода в сплаве
Э110 (Zr1%Nb). Полученное значение 25  2 кДж/моль совпадает с
литературными данными для зарубежных промышленных циркониевых
материалов.
Диффузионное накопление водорода на захоложенных участках
приводит к локальному гидрированию, охрупчиванию и разрушению
циркониевых изделий ЯЭУ. Для моделирования одномерной (вдоль оси х)
термодиффузии водорода в твердых растворах на основе -Zr используют
феноменологическое выражение
J H  D
dcH DcH * dT

Q
,
dx RT 2
dx
(1)
где сH и Q*  концентрация и теплота переноса водорода. После
достижения стационарного состояния, когда влияние градиента
концентрации полностью уравновешивается влиянием градиента
температуры, JH = 0 и
d ln cH Q*
.

d (1/ T ) R
(2)
Как следует из выражения (2), стационарное распределение водорода
определяется соотношением
cH  W exp(Q* / RT ) ,
(3)
при этом значение постоянной W оценивают из условия
L

c0 L  c H dx ,
(4)
0
где c0  исходная концентрация водорода; L  длина образца.
В настоящей работе теплоту переноса водорода в сплаве Э110
определяли, используя образец в виде пластины 20100,3 мм. После
«сухого» наводороживания при 673 К и гомогенизирующего отжига
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9
91
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
на воздухе (36 ч при 773К) концентрация водорода в образце
составила 118  5 ppm H.
Термодиффузионные испытания проводили на воздухе; температура
горячего и холодного края образца составляла 78310К и 66310К
соответственно. Чтобы оценить время, необходимое для достижения
стационарного состояния, использовали вычислительные модели,
развитые в работе [1]. В итоге, общая продолжительность испытаний
составила 160 ч. Далее образец секционировали на элементы шириной 2
мм для определения диффузионного профиля водорода путем
термодесорбционного анализа на установке LECO RH-402.
ln CH (ppm)
5,25
Экспериментальные точки
Аппроксимация
5,00
4,75
4,50
4,25
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
10 3 / T
Рис. 1. Стационарное распределение водорода после отжига образца
сплава Э110 (118 ppm Н) в условиях градиента температуры
Полученные экспериментальные точки (рис. 1) и выражение (2)
позволяют определить для сплава Э110 значение теплоты переноса
25  2 кДж/моль, которое совпадает с литературными данными [2] для
зарубежных циркониевых материалов, включая сплавы Zry-2 и Zr2,5%Nb.
Список литературы
1. Шмаков А.А. Водородное охрупчивание и гидридное разрушение циркониевых
изделий водоохлаждаемых ЯЭУ // Автореферат диссертации д.ф.-м.н. М.: МИФИ. 2006.
С.40.
2. Sawatzky A. The heat of transport of hydrogen in zirconium alloys // J. Nucl. Mater., 1963.
V.9. №.3. Р.364.
92
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9
93