В настоящее время наблюдается бурное развитие водородной энергетики. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с производительностью от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию до 65%. В связи с этим, у общества растет спрос на новые конструкционные и функциональные материалы для строительства электростанций. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах выше 300 градусов Цельсия водородная коррозия оказывает на металлы разрушающее действие, приводящее к снижению механических свойств: прочность и пластичность. Ученые Пермского Политеха исследовали имеющиеся на рынке сплавы и покрытия и выявили среди них ряд материалов, которые могут противостоять воздействию водорода, при этом сохранить целостность и механические свойства изготовленных из них элементов, а также устранить или уменьшить водородное охрупчивание.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология». Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
Ученые сообщают, что при взаимодействии материалов с водородом происходит процесс разрушения — водородное охрупчивание (водородная коррозия). Наиболее подвержены разрушению некоторые высокопрочные стали, а также сплавы титана. Кроме того, водород может попадать в расплавленный металл и оставаться в нем после затвердевания. К настоящему времени разработано достаточно большое количество покрытий, стойких к высоким температурам и давлению, однако их поведение в водородсодержащей среде до конца не изучено.
— Нами были рассмотрены свойства конструкционных и функциональных материалов, которые включают высокопрочные стали, стали с никелевым покрытием, алюминиевые сплавы, графен и стеклокерамические покрытия. Анализы и опыты показывают, что материалы на основе хрома и никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду как при обычных, так и при повышенных температурах. Кроме того, перспективно использование алюминиевых сплавов, которые могут применяться в авиационных конструкциях, для улучшения механических свойств и устойчивости к водороду, — поделилась аспирантка кафедры «Химические технологии» Дарья Фомина.
— Для повышения стойкости к водороду традиционные аустенитные стали легируют хромом, никелем, титаном и алюминием. Мы выяснили, что большую роль играет способ нанесения высокотемпературных покрытий. Для этого лучше использовать методы плазменного и магнетронного напыления пленок, а для получения низкотемпературных покрытий — гальванический и химический способы нанесения, — сообщил доктор технических наук, профессор кафедры «Химические технологии» Владимир Пойлов.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.