Пристрій для визначення вмісту водню в металах і сплавах

Устройство для определения содержания водорода в металлах и сплавах, содержащее исследуемый образец и систему регистрирующ їх слоев о т л и ч з ю щ е е с я тем что устройство дополнительно содержит герметичную емкость, в противоположных концах которой размещены друг напротив друга исследуемый образец и система регистрирующих слоев, включающая последовательно нанесенные пленки электропроводящего вещества, твердого протонного проводника и переходного металла и обращенная к исследуемому образцу пленкой переходного металла причем со стороны исследуемого образца емкость снабжена нагревательным элементом металла последовательно осажденных на поверхность исследуемого образца Кроме того устройство содержит источник света и блок регистрации отраженного сигнала позволяющее по изменению интенсивности окраски пленки оксида определить содержание водорода в образце[2] Указанное устройство имеет ряд недостатков невозможность получения данных и полной концентрации водорода в образце так как большинство металлов или сплавов выделяют основное количество водорода при температурах более 373 К а пленка оксида переходного металла фактически имеющая согласно прототипу температуру образца, работоспособна при температурах не более 333-363 К изменение окраски пленки оксида по которому определяют содержание водорода, может быть вызвано не С > ел оо сл N3 О 15852 только внедрением атомов водорода, но и высвобождением кислорода из кристаллической решетки оксида при частичном восстановлении последнего, что повышает погрешность D определении концентрации водорода в метэлле, возможность контроля только монолитных образцов (а не порошкообразных); сложность измерительной системы. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для определемия содержания водорода в металлах и сплавах, в котором подбор пленок, составляющих систему регистрирующих слоев, и регистрация наведенной между ними атомарным водородом ЭДС либо тока короткого замыкания, вызванного предварительной поляризацией подобранных слоев внешним напряжением, а также отделение системы •регистрирующих слоев от исследуемого образца, позволили бы повысить надежность и точность измерений за счет расширения температурного интервала, контролировать содержание водорода в порошкообразных материалах. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения содержания водорода о металлах и сплавах, содержащем исследуемый образец и систему регистрирующих слоев, согласно изобретению, устройство дополнительно содержит герметичную емкость, в противоположных концах которой размещены друг напротив друга исследуемый образец и система регистрирующих слоев, включающая последовательно нанесенные пленки электропроводящего веществз, твердого протонного проводника и переходного металла, и обращенная к исследуемому образцу пленкой переходного металла, причем со стороны исследуемого образца емкость снабжена нагревательным элементом. герметичную емкость 3 и установлены впротиноположных ее концах. Со стороны исследуемого образца 1 на емкости 3 установлен нагревательный элемент 4, Наружные слои 5 системы 2 посредством проводников соединены с потенциометром или гальванометр о м , в з а в и с и м о с т и от и з м е р я е м о г о параметра {ЭДС или ток). Емкость 2 снабжена газосодом 5 для подключения к вакуум10 н о й системе с г а з о в ы м с ч е т ч и к о м и гаэооодом 6 для подключения к калибровочному прибору. 15 20 25 30 Устройство работает следующим образом. Расположенный на дне герметичной емкости 2 исследуемый образец 1 подвергают термовакуумиой дегазации нагрееательным элементом 3, Выделяемый водородсодержащий газ, взаимодействуя с системой регистрирующих слоев наводит ЭДС в системе регистрирующих слоев, которое регистрируется потенциометром или определяет величину тока короткого замыкания между слоями, регистрируемый гальванометром. При помощи калибровочных зависимостей ЭДС (фиг.А) или тока короткого замыкания (фиг.5} от содержания водорода з газовой среде, выделяемой исследуемым образцом и при известном общем газовыделении из образца {по газовому счетчику), определяют общее количество водорода и его содержание в образце. П р и м е р 1. Объемный образец геттерного титана в виде кольца, обработанный в водородной среде, помещали в ампулу, в 35 верхней части которой располагалась система регистрирующих слоев, последовательно нанесенных на стекло (2 мм) в следующем порядке: !n2O3~Sn (0,3 мкм)/\Л/Оз (1,4 о 40 мкм)/РсІ {200 А), Образец подвергали термовакуумной дегазации (динамический вакуум 0,1 мм рт.ст, нагрев до 600°С). Верхняя часть На фиг.1 изображена схема работы устампулы, учитывая высокую температуру наройства; на фиг,2 и 3 показана зависимость грева была снабжена рубашкой охлаждения, наведенной ЭДС и тока к з. от времени измерений для пленки WO3, на фиг.4 и 5 - 45 по которой циркулировала проточная вода. калибровочные кривые для тока к.з. (\А/Оз) и Это позволяло поддерживать температуру ЭДС (гидрат сурьмяной кислоты}. регистрирующих слоев на уровне не выше 45-50°С. По указанным выше причинам Устройство содержит исследуемый обслой WO3 в системе регистрирующих разец 1, напротив которого размещена система 2 регистрирующих слоев, включаю- 50 слоев имел переменную пористость. Примещая» нанесенные последовательно, пленки нявшаяся здесь система регистрирующих электропроводящего вещества, например, слоев не обладает исходным ЭДС в отсутстоксид индия-олоао ln2O3-Sn или золото, вие водорода. Однако, при появлении водотвердого протонного проводника, наприрода в дегазируемой образцом среде, за мер, г и д р а т а с у р ь м я н о й кислоты 55 доли секунды происходит всплеск ЭДС и Sb(OH)x • т Н г О или оксида вольфрама WOj, проводимости (ток короткого замыкания и переходного металла, например, паладий Ік.з. (фиг.2). Ток, вызываемый поляризацией Pd система регистрирующих слоев 2 обраобразца внешним напряжением ± 1 , 0 В, щена к исследуемому образцу 1 пленкой пеоказывается очень чувствительным к приреходного металла, и они помещены в сутствию водорода и после появления водо 15852 рода быстро достигает насыщения {зависящего от количества водорода), спадая по мере исчезновения водорода. В момент насыщения и появляется окраска \ЛГОз (образуется бронза Нх\Л/0з) - (фиг.З), Характер 5 спада тока (фиг.З) со временем в точности соответствует динамике спада концентрации водорода в десорбируемом газе. На фиг.4 построена калибровочная кривая зависимости индуцированного водородом то- 10 ка от объемного содержания водорода в выделяемой образцом газовой среде. Общее количество водорода, выделенного образцом при данной температуре или в интервале температур, определяется по ре- 15 гистрируемому газовым счетчиком общему объему выделенного газа (при измеренной температуре и давлении газа) и объемному содержанию водорода, регистрируемому по току или ЭДС. Калибровка системы регист- 20 рирующих слоев (фиг.4) проводилась с использованием масс-спектрометра МИ-1201, то есть объемное содержание водорода одновременно регистрировалось разверткой спектра масс десорбируемой образцом га- 25 зовой среды на самописце КСП-4, используемом вместе с МИ-1201. Для образца геттерного титана (масса 1,6 г) по измеренной токовой характеристике регистрирующих слоев в диапазоне 25- 30 600°С при общем газовыделении 816 см (при н.у,) содержание водорода состаоило 76 объем. % (при н.у.), что соответствует 620,2 см водорода при н.у, то есть 0,0516 г Нг (1,545 * 10 молекулы Нг) или концентрации 35 водорода s образце 0,0322 г Н2/г титана П р и м е р 2. В ампулу поочередно помещали навески порошка FeTI и палладиевой фольги (500 км), обработанных водородом. Образцы подвергали термовакуумной дегазации (FeTI - нагреа до 200°С) Pd - до 600°С). Для определения содержания водородз использовали систему регистрирующих слоев на стеклянной подложке: ITO/Pd/Sb(OH)x • тНгО/Pd где ITO - прозрачный электрод ІпгОз-Sn (0,2 мкм), полученные плазменным рэспыленио ем; Pd - слой толщиной 200 А, полученный термическим испарением в вакууме; Sb(OH)x • тНгО - слой гидрата сурьмяной кислоты (100 мкм), полученный золгельным методом осаждения из раствора. Величина ЭДС такой ячейки чувствительна к присутствию водорода. Изменение ЭДС в зависимости от содержания водорода (калибровочные кривые) представлено на фиг.5. Калибровка, как и в предыдущем примере, проводилась по данным масс-спектрометрии десорбируемого образцом газа. Кривая 1 соответствует тонкой пленке (SD(OH)K • глНгО - 100 мкм, кривая 2 - объемному кристаллическому образцу (Sb(OH)>( • тНгО. Для регистрирующей системы слоев с тонкой пленкой при общем газовыделении 108 см 3 (FeTI) и 16 см 3 (Pd) изменения потенциала составили соответственно для FeTI и Pd 465 мВ и 282 мВ, что по калибровочной кривой 1 (фиг.З)даетЗ,67 об;% и 0.018 об;%, т.е. 3,964 см 3 при н.у (3,3 • ИГ* г) и 2.88 - 10~3см3прин.у.(2,4 - 10~7 г)Н 2 . 15852 к СОС/77ЄЛ7Є О Фиг. 2 15852 зо во 10 о /а /ОО . //г, 7ОО BOO 500 WO 300 200 ЮО ЦОО/ Упорядник Замовлення QOf Off / Техред М.Моргентал 4204 Коректор О Кравцова Тираж Підписне Державне латентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101