intelligent-lab

12.02.2020 08:42

В отделе запущена Лаборатория водородной хрупкости и коррозионных испытаний

Автор:  Растегаев Игорь Анатольевич
Лаборатория водородной хрупкости и коррозионных испытаний открылась в опорном Тольяттинском государственном университете (ТГУ). Она стала важным звеном в структуре НИО-2 «Физика прочности и интеллектуальные диагностические системы» Научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ ТГУ).

Коррозия металлических материалов – серьёзная проблема для современной промышленности, строительства и транспорта. По некоторым данным, порядка 30-40% ежегодно производимого металла идёт на восстановление потерь от коррозии, и повышение коррозионной стойкости – одна из важнейших задач, которую пытаются решить учёные во всём мире. Не менее актуальна и проблема водородной хрупкости.

Беда этого явления в том, что материал насыщается водородом, причём зачастую происходит это незаметно. Потом случается резкое разрушение материала, которое может привести к печальным последствиям. Бывало и так, что внезапно выходили из строя огромные сооружения, – рассказал директор НИИПТ ТГУ Дмитрий Мерсон. – Чтобы бороться с такими последствиями, нужно чётко понимать физику самого явления. Если знаешь, по- чему оно возникло, можешь его предотвратить.

Идея собрать в одном месте оборудование и людей, которые занимаются изучением водородной хрупкости и коррозионной стойкости материалов появилась в ТГУ примерно полгода назад. Запуск лаборатории состоялся в канун 2020 года, и теперь учёные опорного вуза могут предельно точно рассчитать, как поведёт себя тот или иной материал в различных условиях, т.к. в лаборатории имеется газоанализатор Bruker G8 GALILEO ON/H позволяющий точно определить или подтвердить концентрацию газов – водорода, азота, кислорода – в металлах.

В основном мы используем прибор для определения содержания водорода, поскольку именно водород наиболее сильно ухудшает механические свойства металлов, стали, магниевых сплавов, – пояснил старший научный сотрудник НИО-2 Евгений Мерсон. – С помощью газоанализатора мы можем подобрать оптимальную температуру для дегазации изделия.

Универсальная испытательная машина Shimadzu AG-XD plus служит для испытаний материалов на прочность и пластичность, в том числе в коррозионной среде или в состоянии, когда они насыщены водородом. Её главная особенность – большой диапазон скоростей деформации. Есть также переносной комплекс акустической эмиссии, вытяжные шкафы и установки для различных коррозионных испытаний Cortest Proof Ring.

Над созданием лаборатории – от ремонта в помещении до монтажа необходимого оборудования – трудился коллектив молодых учёных Тольяттинского госуниверситета: старший научный сотрудник Евгений Мерсон, младший научный сотрудник Виталий Полуянов и инженер Павел Мягких. Все они не менее 8 лет отучились в ТГУ по специальности «Физика металлов», которую Дмитрий Мерсон считает одной из самых престижных специальностей в России.

Важная роль отводится новой лаборатории в связи с изучением коррозионных свойств биорезорбируемых магниевых сплавов, которыми сейчас активно занимаются в НИИПТ ТГУ. Не так давно учёные лаборатории «Физика прочности и интеллектуальные диагностические системы» получили одобрение в федеральном агентстве Роспатент на разработанный ими способ гибридной обработки, который позволяет получить сплав для использования в медицинских целях. Материал может быть использован для изготовления имплантатов в стоматологии, стентов для коронарных сосудов. Исследования учёных будут продолжаться.

Рассмотрим возможности новой лаборатории на примере уже проведенного исследования стойкости магниевого сплава МА14 к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). Магниевые сплавы имеют широкое применение в медицинской, авиационной и космической отраслях. Во время эксплуатации они могут подвергаться воздействию какой-либо агрессивной среды. Эксперименты подобного рода позволяют определить целесообразность их применения в тех или иных узлах и агрегатах.

1. Образец исследуемого магниевого сплава в виде стержня (рис. 1, рис. 2) закрепляется в захватах разрывной машины внутри герметичной коррозионной ячейки (рис. 4).

2. Ячейка заполняется коррозионной средой (рис. 6, рис. 7). В данном случае – раствором дихромата калия и хлорида магния в дистиллированной воде (рис. 3).

3. Затем к образцу прикладывается нагрузка за счёт движения одного из захватов разрывной машины, и происходит одноосное растяжение (рис. 5). Параллельно будет вестись запись акустической эмиссии (АЭ)** при помощи пьезоэлектрического датчика, закреплённого на образце.

4. В ходе эксперимента будет установлена нагрузка, при которой произошло разрушение образца и его деформация в этот момент. Впоследствии образец извлекут из герметичной ячейки, промоют, высушат и будут исследовать излом (рис. 8). Это можно сделать, к примеру, посредством электронной микроскопии (рис. 9).

Цель: Определить, насколько исследуемый сплав стоек к коррозионному растрескиванию под напряжением, какой механизм разрушения имеет место быть при данном эксперименте (хрупкое, вязкое и т.д.).

Вывод по окончании эксперимента: Сплав МА14 имеет низкую стойкость к КРН в исследуемой коррозионной среде. Об этом свидетельствуют хрупкий излом и низкое напряжение (нагрузка) при разрушении образца в коррозионной среде по сравнению с таким же образцом, испытанным на воздухе. При помощи метода АЭ установлено, что зарождение трещин в образце происходит при напряжении порядка 0,5 от напряжения при разрушении.

*КРН – это явление хрупкого разрушения металлических материалов при одновременном воздействии на них коррозионной среды и внешней нагрузки.
**АЭ – это акустические волны, которые появляются при динамической перестройке внутренней структуры материала, например в процессе пластической деформации или роста трещины.


Растегаев Игорь Анатольевич

Растегаев Игорь Анатольевич

Cтарший научный сотрудник
Доцент кафедры «Материаловедение и механика материалов». К. ф.-м. н.
Интересы: Акустические методы неразрушающего контроля, сигналы акустической эмиссии регистрируемые при действии источников шумоподобных процессов (трение, кавитация, аэро- и гидродинамические явления).

[ Список публикаций ] [ Участие в конференциях ]

Календарь событий

« Апреля 2020 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
    1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30      

Вход в систему

You are here: