电化学氢渗透传感器的性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cododo2009
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环境中的氢在金属加工或使用过程中会以多种途径进入金属材料中,从而引起氢损伤。对于长期在高温高压下运行的加氢反应器很容易产生氢腐蚀,由于有硫化氢的存在,腐蚀反应产生的氢原子很容易就能被吸入到金属内部并导致氢损伤。既然氢在金属灾难性故障中的重要作用已被广泛认可,所以迫切需要研究出一种在线实用的氢传感器。本文主要研究了电化学传感器中电流型和电势型两类氢传感器的原理、结构和应用。我们在常温下采用电化学技术测量了-铁的渗氢实验,通过控制不同的充氢电流密度来控制阴极充氢室不同的氢原子浓度,用相同充氢电流密度下测得渗氢曲线的稳态值来评估电流型与电势型氢传感器的性能。通过实验比较两者性能指标,详细分析二种方式监测的可行性、准确性,为实际工程应用找到最适合的传感器提供依据和参考。得到了如下研究结果:1.在1.00A dm2的电流密度下电镀5min时可以得到良好的镀镍层,镍镀层的最适宜氧化电势为0.350.05VNi。在氢渗透试验中,随着渗氢温度的提高,稳态电流密度也逐渐增大,电流型氢传感器的响应时间也越来越短;试样中氢陷阱数量越多,氢的穿透时间越长,氢的扩散系数也会降低,也会使电流型氢渗透传感器的响应速率变慢。2.探讨了电流型和电势型两类传感器的工作原理,分别由电流型氢渗透传感器检测的渗氢电流密度和由电势型氢渗透传感器检测到的电势信号,再利用公式c0=iL/FD1和公式c0=2.86×10-3exp[﹙E-Eθ﹚F/RT]mol·cm-3计算得出的c0在同一个数量级上,相对偏差范围为3.0-13%。3.详细比较两类氢渗透传感器的性能,在响应时间方面,相同充氢电流密度时,电流型氢渗透传感器响应相对快些;在重现性方面,经过反复多次充氢、释氢后,两种类型氢渗透传感器都具有良好的稳定性、重现性;电流型氢渗传感器检测的渗氢电流密度具有稳定性、高准确性,因此它可长时间用于监测设备。4.初步研究采用溶胶-凝胶法,以低于固相合成法150250℃的温度进行烧结,制备出了BaZr0.4Ce0.4Y0.2O3-α作为在现场应用于加氢反应器的高温氢传感器的固体电解质,为了能很好的解决电流型氢渗透传感器的现场安装问题并能增加测量的准确性,提出了开发一种不仅具有强质子传导性同时还有一定粘性的质子导电胶的思想。当然这种质子导电胶黏剂的研究结果还需要进一步的深入进行。
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