温度对碳钢表面氢渗透系数的影响及其机理探索

摘要

本文采用D-S 双电解池，以Pt 电极为辅助电极，Hg/HgO 电极为参比电极，0.5mm 厚的片状碳钢为双工作电极，试样测氢面电镀400nm 厚的Pd ，研究了碳钢在-2mA/cm 2 恒充氢电流条件时，不同温度下25 ℃，30 ℃，35 ℃，40 ℃，45 ℃时的氢渗透电流。通过时间延迟法和穿透时间法两种计算方法计算了表观氢渗透率（D ）和表面氢浓度（C0 ）。结果表明，表观氢渗透电流密度随温度升高有增大的趋势，D 和C0 随温度升高也有增大趋势。两种方法分别计算了D 和C0 对于氢渗透电流的贡献，结果表明，D 升高对氢渗透电流增大的贡献平均值为80%左右，对氢渗透电流增大的贡献值大于C0 。也就是说，表面氢浓度随温度升高变化对氢渗透电流的影响较小。根据阿伦尼乌斯公式D=D0 exp(-Q /RT )，建立了表观氢渗透系数随温度的关系，并计算了表观活化能，表观活化能计算平均值为31 kJ/mol ，表明温度对于氢渗透电流有明显的作用，吸附和脱附作用随温度升高有所加强，故表面氢浓度对氢渗透电流贡献较小，温度加强了金属材料内部原子活动，同时加剧了氢原子运动速度，加速了氢原子的渗透。氢渗透速率的决定步骤为金属晶格扭曲，形成氢扩散通道的步骤。