Глава 1. Взаимодействие металла с водородом

Гидродинамическая область

Слой Кнудсена

Металл

Рис. 1.4. Схема пространственной структуры газоиого потока при его взаимодействии с металлом

Л^АI вано на кинетической тео-

рии газов [6]. Математическая модель и аналитическое решение задачи выполнены О.М. Портновым [4, 5].

Абсорбция газов в зависимости от состояния атмосферы может происходить в условиях как приближенных к тер молина-мическому равновесию, так и далеких от состояния термодинамического равновесия, когда, например, окружающая атмосфера перегрета протекающим через нее электрическим током и в значительной степени диссоциирована.

Наиболее простым для изучения является массо-перенос через поверхность раздела металл—газ в условиях, близких к термодинамическому равновесию, когда однородно нафетый металл окружен газом с такой же температурой. Такие задачи хорошо изучены теоретически и экспериментально.

Расчет абсорбии и из атмосферы чистого газа в зависимости от давления в условиях термодинамического равновесия представлен на рис. 1.5. При расчетах абсорбции для различных давлений газа за единицу концентрации принято равновесное содержание газа,

вычисленное по закону Сивертса [Г] = Кг^1\.

Абсорбция газа металлом при контакте с плазмой. При переходе атмосферы в состояние дугового разряда степень диссоциа-

Рис. 1.5. Зависимость содержания водорода в железе на глубине 10 мкм от времени при разных даа7ениях газа при температуре 2000 К (термодинамическое равновесие)

КЗ. Математическое моделирование абсорбции газов металлом

Рис. 1.6. Зависимость содержания водорода в железе иа глубине 10 мкм от времени при разной температуре плазмы при температуре металла 2000 К и парциальном давлении водорода в плазме 50 Па

ции в ней увеличивается иа много порядков. Диссоциация в самой плазме превосходит диссоциацию газа на нагретой поверхности, что приводит к увеличению количества диссоциированных атомов в слое Кнудсена. Поток газа, поступающего в металл, увеличивается, и концентрация газа в металле значительно повышается. Расчет кинетической зависимости абсорбции газов при контакте металла с плазмой согласно предложенной математической модели без описания динамики эволюции плазмы представлен на рис. ].6. Результаты расчетов позволяют оценить кинетическую зависимость абсорбции газов в зависимости от температуры плазмы и парциального давления газа, а также влияние температуры плазмы на концентрацию растворенных в металле газов. Проведенные исследования рассматривали абсорбцию газов металлом сварочной ванны.

Математическая модель абсорбции газов каплей электродного металла. Существуют некоторые различия в процессах абсорбции газов сварочной ванной и электродным металлом. Температура сварочной ванны не превышает 2200 К; испарение железа при такой температуре не влияет на процесс абсорбции газов. Температура капель электродного металла значительно выше и в ряде случаев приближается к температуре кипения. Вследствие сильного нагрева электродный металл интенсивно испаряется. Как оказалось, концентрация атомов испаренного металла в атмосфере плазмы сравнима с концентрацией атомов абсорбируе-