Name: hydrogen charging of aluminum using friction in water
Uploaded: 2020-01-28T14:30:00
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Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente in parte da The Light Metal Educational Foundation, Inc., Osaka, Giappone

1. Preparazione del materiale
<ol><li>Utilizzare piastre spesse 1 mm in lega alluminio-magnesio-silicio contenente 1 massa% Mg e 0,8 massa% Si (Al-Mg-Si).</li>
	<li>Fare pezzi di prova dalle piastre in lega Di-Mg-Si con una lunghezza del calibro di 10 mm e una larghezza di 5 mm.</li>
	<li>Anneal i pezzi di prova a 520 gradi centigradi per 1 h utilizzando un forno ad aria. Quench in acqua come soluzione di trattamento termico.</li>
	<li>Anneal i pezzi di prova a 175 gradi centigradi per 18 h come trattamento termico di ...

<ol>
	<li>Horikawa, K., Matsubara, T., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+charging+of+Al-Mg-Si-based+alloys+by+friction+in+water+and+its+effect+on+tensile+properties.">Hydrogen charging of Al-Mg-Si-based alloys by friction in water and its effect on tensile properties.</a> Materials Science and Engineering A. 764, 138199 (2019).</li><li>Horikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+research+trends+in+aluminum+alloys+for+a+high-pressure+hydrogen+gas+container.">Current research trends in aluminum alloys for a high-pressure hydrogen gas container.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 60, 542-547 (2010).</li><li>Kuramoto, S., Hsieh, M. C., Kanno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+embrittlement+of+Al-Mg-Si+base+alloys+deformed+at+low+strain+rates+in+laboratory+air.">Environmental embrittlement of Al-Mg-Si base alloys deformed at low strain rates in laboratory air.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 52, 250-255 (2002).</li><li>Horikawa, K., Yoshida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Hydrogen+in+Tensile-Deformed+Al-5%Mg+Alloy+by+means+of+Hydrogen+Microprint+Technique+with+EBSP+Analysis.">Visualization of Hydrogen in Tensile-Deformed Al-5%Mg Alloy by means of Hydrogen Microprint Technique with EBSP Analysis.</a> Materials Transactions. 45, 315-318 (2004).</li><li>Ueda, K., Horikawa, K., Kanno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppression+of+high+temperature+embrittlement+of+Al-5%Mg+alloys+containing+a+trace+of+sodium+caused+by+antimony+addition.">Suppression of high temperature embrittlement of Al-5%Mg alloys containing a trace of sodium caused by antimony addition.</a> Scripta Materialia. 37, 1105-1110 (1996).</li><li>Horikawa, K., Ando, N., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+hydrogen+gas+evolution+during+deformation+and+fracture+in+SCM+440+steel+with+different+tempering+conditions.">Visualization of hydrogen gas evolution during deformation and fracture in SCM 440 steel with different tempering conditions.</a> Materials Science and Engineering A. 534, 495-503 (2012).</li><li>Horikawa, K., Yamada, H., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+strain+rate+on+hydrogen+gas+evolution+behavior+during+tensile+deformation+in+6061+and+7075+aluminum+alloys.">Effect of strain rate on hydrogen gas evolution behavior during tensile deformation in 6061 and 7075 aluminum alloys.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 62, 306-312 (2012).</li><li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+diffusive+hydrogen+in+low+alloy+steel+by+means+of+hydrogen+microprint+technique+at+elevated+temperatures.">Visualization of diffusive hydrogen in low alloy steel by means of hydrogen microprint technique at elevated temperatures.</a> Materials Transactions. 50, 759-764 (2009).</li><li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+hydrogen+during+fatigue+fracture+in+an+Al-Mg-Si+alloy.">Visualization of hydrogen during fatigue fracture in an Al-Mg-Si alloy.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 56, 210-213 (2006).</li><li>Horikawa, K., Okada, H., Kobayashi, H., Urushihara, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+hydrogen+distribution+in+tensile-deformed+Al-5%Mg+alloy+investigated+by+means+of+hydrogen+microprint+technique+with+EBSP.">Visualization of hydrogen distribution in tensile-deformed Al-5%Mg alloy investigated by means of hydrogen microprint technique with EBSP.</a> Journal of the Japan Institute of Metals. 68, 1043-1046 (2004).</li><li>Yamada, H., Tsurudome, M., Miura, N., Horikawa, K., Ogasawara, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ductility+loss+of+7075+aluminum+alloys+affected+by+interaction+of+hydrogen,+fatigue+deformation,+and+strain+rate.">Ductility loss of 7075 aluminum alloys affected by interaction of hydrogen, fatigue deformation, and strain rate.</a> Materials Science and Engineering A. 642, 194-203 (2015).</li><li>Toda, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+hydrogen+micro+pores+on+mechanical+properties+in+a+2024+aluminum+alloys.">Effects of hydrogen micro pores on mechanical properties in a 2024 aluminum alloys.</a> Materials Transactions. 54, 2195-2201 (2013).</li><li>Yamada, H., Horikawa, K., Matsumoto, T., Kobayashi, H., Ogasawara, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+evolution+behavior+of+tensile+deformation+process+in+6061+and+7075+aluminum+alloys.">Hydrogen evolution behavior of tensile deformation process in 6061 and 7075 aluminum alloys.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 61, 297-302 (2011).</li><li>Horikawa, K., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+absorption+of+pure+aluminum+by+friction+of+the+surface+in+water+and+its+effect+on+tensile+properties.">Hydrogen absorption of pure aluminum by friction of the surface in water and its effect on tensile properties.</a> Journal of the Japan Institute of Metals. 84, (2020).</li><li>Suzuki, H., Kobayashi, D., Hanada, N., Takai, K., Hagihara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Existing+state+of+hydrogen+in+electrochemically+charged+commercial-purity+aluminum+and+its+effects+on+tensile+properties.">Existing state of hydrogen in electrochemically charged commercial-purity aluminum and its effects on tensile properties.</a> Materials Transactions. 52, 1741-1747 (2011).</li><li>Horikawa, K., Hokazono, S., Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronized+monitoring+between+hydrogen+gas+release+and+progress+of+atmospheric+hydrogen+embrittlement+in+7075+aluminum+alloy.">Synchronized monitoring between hydrogen gas release and progress of atmospheric hydrogen embrittlement in 7075 aluminum alloy.</a> Journal of Japan Institute of Light Metals. 66, 77-83 (2016).</li><li>Manaka, T., Aoki, M., Itoh, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+desorption+spectroscopy+study+on+the+hydrogen+behavior+in+a+plasma-charged+aluminum.">Thermal desorption spectroscopy study on the hydrogen behavior in a plasma-charged aluminum.</a> Materials Science Forum. 879, 1220-1225 (2016).</li><li>Ellingham, H. J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducibility+of+oxides+and+sulphides+in+metallurgical+processes.">Reducibility of oxides and sulphides in metallurgical processes.</a> Journal of the Society of Chemical Industry. 63, 125-133 (1944).</li><li>Pourbaix, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, Ist ed. , 168-176 (1966).</li><li>Young, G. A., Scully, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+diffusion+and+trapping+of+hydrogen+in+high+purity+aluminum.">The diffusion and trapping of hydrogen in high purity aluminum.</a> Acta Materialia. 46, 6337-6349 (1998).</li><li>Smith, S. W., Scully, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+identification+of+hydrogen+trapping+states+in+an+Al-Li-Cu-Zr+alloy+using+thermal+desorption+spectroscopy.">The identification of hydrogen trapping states in an Al-Li-Cu-Zr alloy using thermal desorption spectroscopy.</a> Metallurgical and Materials Transactions A. 31, 179-193 (2000).</li></ol>

Un aspetto importante della procedura FW è l'attaccamento dei due esemplari all'agitatore magnetico. Poiché il centro della barra di stirrer diventa la zona di non attrito, è meglio evitare l'attaccamento degli esemplari al centro della barra di stirrer.
Anche il controllo della velocità di rotazione della barra di stirrer è importante. Quando la velocità è superiore a 240 giri/min, diventa difficile mantenere il vaso di reazione sullo stadio dell'agitatore magnetico. Quando la procedur...

In generale, le leghe di base in alluminio hanno una maggiore resistenza all'embrittlement ambientale rispetto all'acciaio. L'elevata resistenza all'embrittlement di idrogeno delle leghe di alluminio è dovuta alle pellicole di ossido sulla superficie della lega che blocca l'ingresso di idrogeno. Per valutare e confrontare l'elevata sensibilità all'embrittlement tra leghe di alluminio, la ricarica dell'idrogeno viene solitamente eseguita prima delle prove meccaniche1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17. Tuttavia, è noto che la ricarica dell'idrogeno in alluminio non è facile, anche quando si utilizzano metodi di carica dell'idrogeno come la ricarica catodica15, deformazione della velocità di deformazione della velocità di deformazione lenta sotto l'aria umida16, o gas idrogeno gas carica17. La difficoltà di carica dell'idrogeno leghe di alluminio è anche dovuta alle pellicole di ossido sulla superficie della lega di alluminio. Abbiamo ipotizzato che una maggiore quantità di idrogeno potrebbe essere introdotta nelle leghe di alluminio se potessimo rimuovere continuamente la pellicola di ossido in acqua. Thermodinamica18, alluminio puro senza pellicola di ossido reagisce facilmente con l'acqua e genera idrogeno. Sulla base di questo, abbiamo sviluppato un nuovo metodo di carica dell'idrogeno delle leghe di alluminio basato sulla reazione chimica tra acqua e alluminio non-ossido. Questo metodo è in grado di aggiungere elevate quantità di idrogeno in leghe di alluminio in modo semplice.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Air furnace</td>
			<td>GC</td>
			<td>QC-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum alloy plates</td>
			<td>Kobe Steel</td>
			<td></td>
			<td>Al/1.0 mass% Mg/0.8 mass% Si</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric balance</td>
			<td>A&#38;D</td>
			<td>HR-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass container</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>CORNING</td>
			<td>PC-410D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Comparator</td>
			<td>NIKON</td>
			<td>V-12B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>Sato Tech</td>
			<td>PH-230SDJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary polishing machine</td>
			<td>IMT</td>
			<td>IM-P2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Secondary electrom microscope</td>
			<td>JOEL</td>
			<td>JSM-5310LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor gas chromatograph</td>
			<td>FIS Inc.</td>
			<td>SGHA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon carbide emery paper</td>
			<td>IMT</td>
			<td>531SR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tensile testing machine</td>
			<td>Toshin Kogyo</td>
			<td>SERT-5000-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubular furnace</td>
			<td>Honma Riken</td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hydrogen charging of aluminum using friction in water

Un nuovo metodo di ricarica dell'idrogeno dell'alluminio è stato sviluppato mediante una procedura di attrito nell'acqua (FW). Questa procedura può facilmente introdurre elevate quantità di idrogeno in alluminio in base alla reazione chimica tra acqua e alluminio rivestito non ossido.

Generazione/assorbimento dell'idrogeno mediante la procedura FW La figura 2 mostra il comportamento di generazione dell'idrogeno durante la procedura FW delle leghe Al-Mg-Si contenenti diverse quantità di ferro dallo 0,1 % di massa allo 0,7 massa %. Il campione emetteva continuamente un'elevata quantità di idrogeno quando lo stirrer iniziò a ruotare. Ciò suggerisce che l'idrogeno è stato generato da una reazione chimica causata dall'attrito tra la superficie della le...

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Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

Al fine di introdurre elevate quantità di idrogeno in leghe di alluminio e alluminio, è stato sviluppato un nuovo metodo di ricarica dell'idrogeno, chiamato attrito nella procedura dell'acqua.

Carica a idrogeno di alluminio con attrito in acqua

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high ...

Quando si caricano leghe di alluminio con idrogeno, la presenza di pellicola di ossido sulla superficie è una sfida. Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato un metodo in grado di introdurre un'elevata quantità di idrogeno nelle leghe di alluminio usando l'attrito in acqua. Il metodo è più facile da capire quando è possibile visualizzare la rotazione della barra di agitazione e del campione sulla carta lucidante.Il successo dipende dalla stabilizzazione della rotazione della barra di agitazione. A dimostrare la procedura sarà la signora Michiko Arayama, una studentessa universitaria del mio laboratorio. Fabbricare le provette in lega di alluminio come descritto nel testo.Eseguire un trattamento termico della soluzione riscaldando le provette in un forno ad aria a 520 gradi Celsius per un'ora e quindi spegnendo le provette in acqua. Per il passaggio successivo, il trattamento termico di picco, ricottura le provette a 175 gradi Celsius per 18 ore. Il passo finale nella preparazione delle provette è lucidare la superficie utilizzando carta emery in carburo di silicio.Prima di procedere all'attrito nella procedura dell'acqua, pesare e misurare le provette. Utilizzare una bilancia elettrica per pesare le provette con una precisione di 0,0001 grammi. Utilizzare un comparatore ottico per misurare lo spessore e la larghezza delle provette con una precisione di 0,0001 millimetri.L'attrito nella procedura dell'acqua viene effettuato in un contenitore di reazione su misura mescolato magneticamente. Per iniziare, utilizzare la colla per attaccare due provette a una barra triangolare triangolare in polimero fluorocarbonio. Quindi, preparare il recipiente di reazione, un contenitore di vetro su misura.Utilizzare nastro a doppia parte per fissare la carta lucidante sul fondo interno del recipiente di reazione. Posizionare il recipiente di reazione sull'agitatore magnetico. Quindi posizionare le provette e mescolare la barra sopra la carta lucidante e il recipiente di reazione e aggiungere 100 millilitri di acqua distillata.Posizionare il coperchio di gomma sul recipiente di reazione. Collegare l'ingresso del gas all'argon ad alta purezza e accendere il gas. Collegare la presa di gas a un gascromatografo.Insedurre la sonda del pH nel recipiente attraverso il coperchio di gomma. Accendi l'argon. Una volta che il gas nel contenitore di reazione è stato completamente sostituito dall'argon, l'apparecchio è pronto per caricare le provette in lega di alluminio.Accendere l'agitatore magnetico. Per stabilizzare il movimento della barra di agitazione nell'acqua, è importante controllare la velocità di rotazione. Una velocità che va da 60 giri/min a 240 giri/min è la migliore.Ogni due minuti, misurare la concentrazione di idrogeno usando il gascromatografo e misurare il pH. Dopo un'ora, spegnere l'agitatore magnetico e rimuovere le provette e mescolare la barra dal recipiente di reazione. Per staccare le provette dalla barra di agitazione, immergerle in acetone e applicare vibrazioni ultrasoniche per cinque minuti.Prima di procedere alla fase successiva, misurare il peso e lo spessore delle provette. Utilizzare una macchina di prova di trazione per misurare le proprietà del materiale delle provette. Impostare la velocità della traversa della macchina su due millimetri al minuto.Quindi misurare la relazione stress-deformazione per le provette. Per calcolare la quantità di idrogeno assorbita durante l'attrito nella procedura dell'acqua, misurare prima l'idrogeno rilasciato dalle provette quando riscaldato. Tagliare la provetta a una forma rettangolare di uno per cinque per 10 millimetri.Posizionare la provetta all'interno di un tubo di quarzo con un diametro di 10 millimetri e posizionare il tubo di quarzo in un forno tubolare. Collegare il tubo al gascromatografo e all'alimentazione del gas argon. Accendere il flusso di gas argon.Riscaldare il tubo di quarzo contenente la provetta, aumentando la temperatura a una velocità costante di 200 gradi Celsius all'ora fino a raggiungere una temperatura di 625 gradi Celsius. Mentre la provetta di quarzo e la provetta vengono riscaldate, utilizzare il gascromatografo per misurare l'idrogeno rilasciato ogni due minuti. Le leghe alluminio-magnesio-silicio con tre diverse concentrazioni di ferro sono state sottoposte all'attrito nella procedura dell'acqua, 0,1% ferro, 0,2% ferro e 0,7% ferro.Indipendentemente dalla concentrazione di ferro, le provette emettevano grandi quantità di idrogeno durante la procedura. L'analisi del desorbimento termico è stata eseguita su campioni non caricati e carichi di idrogeno. Indipendentemente dalla concentrazione di ferro della lega, la concentrazione totale di idrogeno è aumentata a causa dell'attrito nella procedura dell'acqua.Rispetto al metodo di pre-macchiato in aria umida, l'attrito in acqua è un metodo efficace per caricare l'idrogeno in una lega di alluminio. L'analisi del desorbimento termico ha mostrato un tasso di rilascio dell'idrogeno più elevato per la lega caricata utilizzando l'attrito nella procedura dell'acqua, e la concentrazione calcolata di idrogeno è stata sostanzialmente più elevata. Rispetto ai campioni di lega non caricati, i campioni di lega caricati a idrogeno hanno mostrato una minore duttilità.Ciò indica che l'attrito nella procedura dell'acqua ha portato all'infragilimento dell'idrogeno. La microscopia elettronica secondaria è stata utilizzata per esaminare la morfologia della frattura della lega alluminio-magnesio-silicio contenente lo 0,1% di ferro. Dopo l'attrito nella procedura dell'acqua, la morfologia è cambiata in una frattura al contorno del grano.Ciò indica che gli atomi di idrogeno introdotti dall'attrito nella procedura dell'acqua hanno migliorato la decoesione dei confini dei grani, portando all'infragilimento dell'idrogeno. È possibile caricare le leghe di alluminio a carica di idrogeno attraverso l'esposizione e l'aria umida con deformazione fragile con una lenta velocità di agitazione. Tuttavia, il metodo attuale si traducono in una maggiore quantità di carica di idrogeno.Questo metodo rende facile per i ricercatori valutare la sensibilità all'infragilimento dell'idrogeno delle leghe di alluminio che hanno una varietà di diverse composizioni chimiche. Può essere applicato allo sviluppo di materiali di stoccaggio dell'idrogeno.

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