Name: hydrogen charging of aluminum using friction in water
Uploaded: 2020-01-28T14:30:00
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Este trabalho foi apoiado financeiramente em parte pela Light Metal Educational Foundation, Inc., Osaka, Japão

1. Preparação material
<ol><li>Use placas de 1 mm de espessura feitas de uma liga de alumínio-magnésio-silício contendo 1 massa mg e 0,8 massa Si (Al-Mg-Si).</li>
	<li>Faça peças de teste das placas de liga Al-Mg-Si com um comprimento de calibre de 10 mm e largura de 5 mm.</li>
	<li>Anneal as peças de teste a 520 °C por 1h usando um forno de ar. Apagar na água como solução o tratamento térmico.</li>
	<li>Anneal as peças de teste a 175 °C para 18 h como um tratamento térmico de pico de envelhecimento (T6...

<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>

Um aspecto importante do procedimento FW é a fixação dos dois espécimes ao agitador magnético. Como o centro da barra de agitação se torna a zona de não atrito, é melhor evitar a fixação dos espécimes no centro da barra de agitação.
O controle da velocidade de rotação da barra de agitação também é importante. Quando a velocidade é superior a 240 rpm, torna-se difícil manter o vaso de reação no estágio do agitador magnético. Quando o procedimento FW é realizado em alt...

Em geral, as ligas base de alumínio têm maior resistência ao embrittlement ambiental do que o aço. A alta resistência ao embrittlement de hidrogênio das ligas de alumínio deve-se a filmes de óxido na superfície da liga bloqueando a entrada de hidrogênio. Para avaliar e comparar a alta sensibilidade de embrittment entre ligas de alumínio, o carregamento de hidrogênio geralmente é realizado antes do teste mecânico1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17. No entanto, sabe-se que o alumínio de carregamento de hidrogênio não é fácil, mesmo quando utiliza métodos de carregamento de hidrogênio, como carregamento catódico15,deformação lenta da taxa de tensão ar úmido16, ou carregamento de gás plasma de hidrogênio17. A dificuldade das ligas de alumínio de carregamento de hidrogênio também se deve aos filmes de óxido na superfície da liga de alumínio. Postulamos que quantidades mais altas de hidrogênio poderiam ser introduzidas em ligas de alumínio se pudéssemos remover a filme de óxido continuamente na água. Termodinamicamente18, alumínio puro sem filme de óxido reage facilmente com água e gera hidrogênio. Com base nisso, desenvolvemos um novo método de carregamento de hidrogênio de ligas de alumínio com base na reação química entre água e alumínio não óxido. Este método é capaz de adicionar altas quantidades de hidrogênio em ligas de alumínio de forma simples.

<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

Um novo método de carregamento de hidrogênio de alumínio foi desenvolvido por meio de um procedimento de atrito na água (FW). Este procedimento pode facilmente introduzir altas quantidades de hidrogênio em alumínio com base na reação química entre água e alumínio não-óxido revestido.

Geração/absorção de hidrogênio pelo procedimento FW A Figura 2 mostra o comportamento da geração de hidrogênio durante o procedimento FW das ligas Al-Mg-Si contendo diferentes quantidades de ferro de 0,1 massa % a 0,7 massa %. O espécime emitiu continuamente uma alta quantidade de hidrogênio quando o mexido começou a girar. Isso sugere que o hidrogênio foi gerado por uma reação química causada pelo atrito entre a superfície da liga e a água. Além disso, ...

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Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

A fim de introduzir altas quantidades de hidrogênio em ligas de alumínio e alumínio, foi desenvolvido um novo método de carregamento de hidrogênio, chamado de atrito no procedimento hídrico.

Carregamento de hidrogênio de alumínio usando atrito na água

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 ...

Ao carregar ligas de alumínio com hidrogênio, a presença de filme de óxido na superfície é um desafio. Para resolver esse problema, desenvolvemos um método que pode introduzir alta quantidade de hidrogênio em ligas de alumínio usando atrito na água. O método é mais fácil de entender quando a rotação da barra de agitação e do espécime no papel de polimento podem ser visualizados.O sucesso depende da estabilização da rotação da barra de rebuliço. Demonstrando o procedimento será a Sra. Michiko Arayama, uma estudante de graduação do meu laboratório. Fabricar as peças de teste de liga de alumínio, conforme descrito no texto.Realize um tratamento térmico de solução aquecendo as peças de teste em um forno de ar a 520 graus Celsius por uma hora e, em seguida, saciando os pedaços de teste na água. Para o próximo passo, o tratamento térmico de envelhecimento máximo, enragens as peças de teste a 175 graus Celsius durante 18 horas. O passo final na preparação das peças de teste é polir a superfície usando papel emery de carboneto de silício.Antes de prosseguir para o atrito no procedimento de água, pese e meça as peças de teste. Use uma balança elétrica para pesar as peças de teste com uma precisão de 0,0001 gramas. Use um comparador óptico para medir a espessura e largura das peças de teste a uma precisão de 0,0001 milímetros.O atrito no procedimento hídrico é realizado em um vaso de reação personalizado com agitação magnética. Para começar, use cola para fixar duas peças de teste em uma barra de agitação triangular de polímero fluorocarbono. Em seguida, prepare o vaso de reação, um recipiente de vidro feito sob medida.Use fita dupla face para fixar papel de polimento na parte inferior interna do vaso de reação. Coloque o recipiente de reação no agitador magnético. Em seguida, coloque as peças de teste e mexa em cima do papel de polimento e do recipiente de reação, e adicione 100 mililitros de água destilada.Coloque a tampa de borracha no vaso de reação. Conecte a entrada de gás ao argônio de alta pureza e ligue o gás. Conecte a saída de gás a um cromatógrafo a gás.Insiram a sonda de pH no vaso através da tampa de borracha. Ligue o argônio. Uma vez que o gás no vaso de reação foi completamente substituído pelo argônio, o aparelho está pronto para carregar as peças de teste de liga de alumínio.Ligue o agitador magnético. Para estabilizar o movimento da barra de agitação na água, controlar a velocidade de rotação é importante. Uma velocidade que varia de 60 rpm a 240 rpm é melhor.A cada dois minutos, meça a concentração de hidrogênio usando o cromatógrafo gasoso, e meça o pH. Após uma hora, desligue o agitador magnético, remova as peças de teste e mexa da barra do vaso de reação. Para separar as peças de teste da barra de agitação, mergulhe-as em acetona e aplique vibração ultrassônica por cinco minutos.Antes de prosseguir para a próxima etapa, meça o peso e a espessura das peças de teste. Use uma máquina de teste de tração para medir as propriedades materiais das peças de teste. Defina a velocidade da cabeça cruzada da máquina para dois milímetros por minuto.Em seguida, meça a relação estresse-tensão para as peças de teste. Para calcular a quantidade de hidrogênio absorvida durante o atrito no procedimento de água, primeiro meça o hidrogênio liberado pelas peças de teste quando aquecido. Corte a peça de teste em uma forma retangular de um por cinco por 10 milímetros.Coloque a peça de teste dentro de um tubo de quartzo com um diâmetro de 10 milímetros, e coloque o tubo de quartzo em um forno tubular. Conecte o tubo ao cromatógrafo a gás e ao suprimento de gás de argônio. Ligue o fluxo de gás argônio.Aqueça o tubo de quartzo contendo a peça de teste, aumentando a temperatura a uma taxa constante de 200 graus Celsius por hora até atingir uma temperatura de 625 graus Celsius. Enquanto o tubo de quartzo e a peça de ensaio estão sendo aquecidos, use o cromatógrafo a gás para medir o hidrogênio liberado a cada dois minutos. Ligas de alumínio-magnésio-silício com três concentrações de ferro diferentes foram submetidas ao atrito no procedimento hídrico, 0,1% ferro, ferro 0,2% e ferro 0,7%.Independentemente da concentração de ferro, as peças de teste emitiram grandes quantidades de hidrogênio durante o procedimento. A análise de desorção térmica foi realizada em amostras não carregadas e carregadas de hidrogênio. Independentemente da concentração de ferro da liga, a concentração total de hidrogênio aumentou como resultado do atrito no procedimento hídrico.Comparado ao método de pré-mancha no ar úmido, o atrito na água é um método eficaz de carregamento de hidrogênio de uma liga de alumínio. A análise de desorção térmica mostrou uma maior taxa de liberação de hidrogênio para a ação carregada usando o atrito no procedimento de água, e a concentração calculada de hidrogênio foi substancialmente maior. Em comparação com amostras de ação de antes não carregadas, amostras de alusão carregadas de hidrogênio mostraram menor ductilidade.Isso indica que o atrito no procedimento de água resultou em embrittlesão de hidrogênio. A microscopia eletrônica secundária foi utilizada para examinar a morfologia fratura da liga de alumínio-magnésio-silício contendo 0,1% de ferro. Após o atrito no procedimento de água, a morfologia mudou para uma fratura de limite de grãos.Isso indica que os átomos de hidrogênio introduzidos pelo atrito no procedimento de água aumentaram a decoestação dos limites dos grãos, levando à embriquedação de hidrogênio. É possível carregar ligas de alumínio com carga de hidrogênio através da exposição e do ar úmido com deformação frágil com uma taxa de agitação lenta. No entanto, o método atual resulta em uma maior quantidade de carregamento de hidrogênio.Este método facilita para os pesquisadores avaliar a sensibilidade de embrittlesão de hidrogênio de ligas de alumínio que têm uma variedade de diferentes composições químicas. Pode ser aplicado ao desenvolvimento de materiais de armazenamento de hidrogênio.

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