РАЗДЕЛ 2
ВОДОРОД В МАРГАНЦЕВОСИЛИКАТНЫХ СВАРОЧНЫХ ПЛАВЛЕНЫХ ФЛЮСАХ
2.1. Формы существования водорода в сварочных плавленых флюсах [94]
С целью выяснения формы существования и содержания водорода в плавленых флюсах
нами были исследованы флюс АН-348А, а также каолин и синтетический цеолит NaА
в качестве модельных веществ, содержащих водород в различных формах. Флюс
АН-348А относится к шлаковой системе SiO2 - MnO - CaF2, имеет плотное
стекловидное строение зерен, в которых практически отсутствуют внутренние
полости. Синтетический цеолит NaА состоит из чередующихся тетраедров SiO4 и
AlO4, соединенных друг с другом вершинами. Цеолит NaA имеет каркас с
соотношением Si/Al = 1 с полостями диаметром около 0,4 нм [95]. Молекулы воды,
заполняющие пустоты, связаны с каркасом адсорбционными силами. В каолине
водород входит в его структуру в форме ОН - групп [36].
Исследования выполняли с применением ИК - спектроскопии (спектрофотометр
Specord M-80). Образцы растирали в агатовой ступке, затем в виде суспензии в
очищенном вазелиновом масле их наносили на подложку из KBr. Метод инфракрасного
спектрального анализа более чуствителен по сравнению с рентгенструктурным и
позволяет фиксировать легкие атомы. Для О-Н связи молекулярной воды и
гидроксила характерно возникновение различных характеристических полос
поглощения при прохождении ИК-лучей через вещество. Это связано с возбуждением
валентных (движение атомов вдоль валентной связи) и деформационных ( движение
атомов, при котором происходит изменение угла между двумя связями) колебаний
атомов [95].
Термическую десорбцию водорода из веществ проводили методом
термогравиметрического анализа (дериватограф Q-1500D). Образцы нагревали до
температуры 1000 оС со скоростью 10 оС/мин в атмосфере воздуха.
Кроме того, термодесорбцию водорода выполняли хроматографическим способом,
разработанным А.П.Пальцевичем для определения содержания водорода в компонентах
электродных покрытий [62]. В этом методе в качестве несущего газа используется
аргон. Данный способ позволяет проводить совместный анализ водорода,
выделяющегося в форме H2, H2O, HF.
Схема установки для проведения хроматографического анализа представлена на рис.
2.1.
Навеску флюса (2) помещают в кварцевую реакционную камеру (1), которую
герметично подсоединяют к месту разрыва трубопровода. Переключателем
направления потока аргона (14), управляемым реле времени (6) и источником
питания (7), можно на заданное время подключать к хроматографу ЛХМ-80 с
детектором по теплопроводности (9) и отключать реакционную камеру (1),
обеспечивая любое количество таких циклов. При подключении камеры поток аргона
вымывает газ, выделившийся из флюса, и транспортирует его в хроматограф через
конвертор (8). Регистрация аналитического сигнала осуществляется потенциометром
КСП-4 (10) и интегратором И-О2 (12). Нагрев кварцевой реакционной камеры с
флюсом выполняется печью сопротивления (3) со скоростью 14+2 оС/мин.
Температура нагрева измеряется хромель-алюмелевой термопарой (4) и
регистрируется потенциометром КСП-4(5).
Наличие конвертора обеспечивает конвертирование водородсодержащих газов (Н2О и
HF) в водород при их контакте с реагентом ферромарганцем ФМн-90 при
температуре 720-750 оС. Погрешность измерения объема водорода составляет не
более 7%.
Каждый пик термодесорбции на хроматограммах является пиком водорода. При
подсчете суммарного содержания (H) учитывали постоянную величину холостой
пробы.
Начальные пики хроматограмм, полученные сразу после помещения проб флюсов в
реакционную камеру до их нагрева и включающие в себя азот воздуха, на рисунках
не представлены. Содержание водорода пересчитывали на 100 г исследуемого
вещества с помощью градуировочного коэффициента 0,57 мм3 Н2/mBC, полученного
непосредственно перед проведением этой работы.
Рис.2.1. Схема установки для определения содержания водорода в сварочных
флюсах.
1 - кварцевая реакционная камера; 2 - навеска флюса в тигле;
3 - печь сопротивления; 4 - хромель-алюмелевая термопара;
5 - потенциометр КСП-4 (0-100мВ); 6 - реле времени ВЛ-40;
7 - источник питания переключателя направления потока газа;
8 - - конвертор; 9 - хроматограф ЛХМ-80; 10 - потенциометр
КСП-4 (-0,1...0,9 мВ); 11 - баллон аргона; 12 - интегратор
И-02; 13 - осушитель аргона; 14 - переключатель направления потока газа; 15 -
узел ввода проб поверочной газовой смеси.
В области валентных колебаний ОН-групп на ИК-спектре образца каолина (рис.
2.2.) присутствуют узкие интенсивные полосы пропускания свободных
гидроксильных групп (не связанных водородными связями с другими гидроксильными
группами или с молекулами воды) при 3620 см-1 и 3696 см-1 и широкая менее
интенсивная полоса пропускания в интервале - 3072 - 3575 см-1, которая
соответствует валентным колебаниям ОН-групп молекулярной воды, адсорбированной
на поверхности каолина. В ИК - спектре каолина, прокаленного при 170оС в
течение 4 часов, широкая полоса в интервале 3072 - 3575 см -1 исчезает. Кроме
того, исчезают полосы пропускания в области деформационных колебаний ОН-групп
(1500 - 1700 см-1) , свойственные только для молекулярной воды, о чем
сообщалось в работе [96]. После прокалки каолина в течение 2 часов при 650оС и
выдерживания его на воздухе в ИК - спектре отсутствуют узкие интенсивные
полосы валентных колебаний свободных гидроксильных групп, входивших в
структуру каолина. После выдержки каолина на воздухе эти полосы не
восстанавливаются, а появляются только слабые широкие полосы валентных и
деформационных колебаний адсорбированной воды.
При термогра
- Київ+380960830922