Моніторинг та управління наводнюванням металів у електрохімічних процесах

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені теоретичні уявлення базуються на кількісному урахуванні елементарних процесів у СМВ у контакті з розчинами електролітів, що дозволило формалізувати стани СМВ та стадії самодовільних електрохімічних реакцій у відкритих системах як сукупності дискретних фрагментів, покладених в основу опису систем та встановлення критеріїв їхнього розвитку і деградації. З єдиних позицій описано сукупність хімічних та електрохімічних реакцій у СМВ, встановлено параметри системи, вплив на які дозволяє керувати її функціональністю.

Обгрунтовано вибір азот- та фосфорвмісних гетерокарбонових кислот для керування потоком водню в металах, встановлено ряд протолітичних констант та проведено квантово-хімічні розрахунки електронних і просторових структур органічних молекул, які характеризують їх властивості.

За результатами електрохімічних вимірювань в умовах впливу різних за природою (катодна поляризація та вільна корозія, варіювання компонентного складу та температури технологічного середовища) та інтенсивністю чинників сформовано масив даних стану СМВ для побудови штучних нейронних моделей. На їх основі створено прогнозні моделі перебігу самодовільних реакцій на сплавах заліза у відкритих системах та кількісної оцінки властивостей СМВ, що одночасно враховують вплив зовнішніх та внутрішніх чинників.

Запропоновано нову конструкцію електрохімічного датчика дифузійно-рухливого водню в металах, що забезпечує високу точність і достовірність виміру його потоку.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені наукові положення і методологія аналізу складних електрохімічних систем визначають шляхи раціонального управління потоком водню в металах у системах електрохімічних технологій. Застосування штучних нейронних мереж до прогнозування динаміки розвитку й деградації СМВ дозволяє оптимізувати розробку та впровадження нових електродних та конструкційних матеріалів за рахунок зниження матеріало-, енерго- та працевитрат на етапі їх випробування та діагностики в умовах експлуатації у електрохімічних виробництвах.

Запропоновано ряд азот- та фосфорвмісних сполук, що відповідають сучасним екологічним вимогам, для управління потоком поглинутого металом водню.

Розроблено нову конструкцію електрохімічного датчика дифузійно-рухливого водню в металах, який не вимагає застосування коштовних металів, що знизило його собівартість.

Промислові випробування 2-фосфонобутан-1, 2, 4-трикарбоксильної кислоти, як інгібітора наводнювання сталевих катодів, та математичних моделей на основі штучних нейронних мереж для тестування електродних матеріалів на схильність до водневої деградації при електрохімічному рафінуванні металів у ДонНДПІКМ (м. Донецьк, 2002 р.) довело їх ефективність. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі за фахом 7. 091603 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”.

Особистий внесок здобувача полягає в обгрунтуванні планів і програм експериментів, безпосередній участі у їх виконанні та обробці результатів. Інтерпретація даних, розробка методології та програм математичного моделювання і теоретичних розрахунків, встановлення кореляцій та взаємозв'язків виконані здобувачем самостійно. Всі узагальнюючі положення та результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем особисто. Із робіт, що опубліковані в співавторстві, використані тільки ті результати, в одержані яких внесок здобувача є визначальним (постановка завдань, участь у експериментах, обговорення результатів, формулювання висновків).

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати робіт доповідались на 14 наукових форумах, зокрема: IV (1996), V (1997), VI (1998), VIII (2000) та IX (2001) Міжнародних науково-технічних конференціях “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” (Харків) ; IV Польському науково-технічному симпозіумі “Нові досягнення в дослідженнях та корозійній інженерії” (Порай, Польща, 1997) ; IV (1998), V (2000) та VI (2002) Міжнародних конференціях-виставках “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів” (Львів) ; IX Польській школі хімії (Жешув, Польща, 1998) ; Міжнародній конференції з руйнування конструкційних матеріалів під впливом зовнішнього середовища “EDEM'99” (Гданськ, Польща, 1999) ; 2-му Українському електрохімічному з'їзді (Дніпропетровськ, 1999) ; 51-му з'їзді Міжнародного електрохімічного товариства (Варшава, Польща, 2000) ; Першій обласній конференції молодих учених “Тобі Харківщино – пошук молодих” (Харків, 2002).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 14 статтях, 7 матеріалах і тезах означених конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 7 розділів, висновків, 2 додатків. Повний обсяг дисертації складає 198 сторінок; 7 ілюстрацій по тексту, 61 ілюстрація на 48 сторінках; 14 таблиць по тексту, 3 таблиці на 2 сторінках; 2 додатка на 5 сторінках; 188 найменувань використаних літературних джерел на 17 сторінках.

 

 

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та завдання досліджень, відображено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проведено критичний аналіз літературних даних, які стосуються сучасного стану і розвитку питань, пов'язаних з темою дисертації. Проаналізовано сфери застосування СМВ і супутні проблеми, що потребують подальшого вирішення. Проведено порівняльний аналіз впливу органічних сполук для керування сорбцією водню металами у електрохімічних процесах з урахуванням екологічних вимог. Розглянуто методи і основні критерії контролю поведінки СМВ, обгрунтовано застосування електрохімічного методу контролю впровадження водню у метали. На підставі аналізу наведених матеріалів сформульовано задачі досліджень та напрямки їх вирішення.

У другому розділі наведено методику експериментальних досліджень з застосуванням потенціометрії, зміннострумової імпедансоної спектроскопії. Детально розглянута реалізація електрохімічного дифузійного метода воднепроникності (ЕДМВ), прилади і пристрої, що були застосовані. Наведено алгоритм статистичної обробки результатів прямих і непрямих вимірів та перелік програм, розроблених автором для їх аналізу та математичного моделювання.

У третьому розділі проведено аналіз ряду хімічних властивостей азот- і фосфорвмісних гетерокарбонових кислот