Анотація до роботи:

Желавський С.Г. Моніторинг та управління наводнюванням металів у електрохімічних процесах. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2002 р.

Дисертацію присвячено розробці наукових основ та прикладних аспектів управління наводнюванням електродних та конструкційних матеріалів у електрохімічних процесах на підставі гіпотези про структуру системи метал-водень як сукупність дискретних фрагментів. Для управління кількістю поглинутого металом електролітичного водню запропоновано введення у технологічні середовища ряду азот- та фосфорвмісних гетерокарбонових кислот, визначено їх електронну будову та хімічні властивості. Побудовано топологічну модель системи метал-водень, яка враховує сукупність елементарних стадій, що дозволило застосувати для моделювання поведінки та прогнозування кінетичних параметрів цієї електрохімічної системи штучні нейронні мережі. Основні результати досліджень знайшли застосування для інгібірування сорбції водню вуглецевими сталями при електрохімічному водневому руйнуванні у розчинах електролітів та емульсій при електролізі та у відкритих системах, а також для безперервного неруйнівного контролю стану технологічних об’єктів за допомогою нової конструкції електрохімічного сенсора дифузійно-рухливого водню в металах.

1. На підставі розвитку теоретичних уявлень про електрохімічне наводнювання металів запропоновано технологічні засоби керування процесом впровадження водню в електродні та конструкційні матеріали, створено прогнозні моделі для оцінки стану системи метал-водень, які дозволяють цілеспрямовано підходити до її управління, та розроблено електрохімічний сенсор дифузійно-рухливого водню в металах для моніторингу стану означеної системи.

2. Для управління потоком поглинутого електролітичного водню у вуглецевих та легованих сталях у водних та емульсійних середовищах запропоновано ряд азот- та фосфорвмісних гетерокарбонових кислот, які задовольняють екологічним вимогам і можуть бути використані як високоефективні інгібітори або стимулятори електрохімічного наводнювання металів.

3. Вперше визначено ступінчасті константи іонізації 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоксильної кислоти та константи нестійкості комплексів Fe²⁺, Ni²⁺ та Cu²⁺ з N-(фосфонометил)-імінодиоцтовою та 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоксильною кислотами, застосовані для оцінки імовірності комплексоутворення та його впливу на швидкість самодовільних фарадеївських реакцій в технологічних середовищах.

4. Поляризаційними вимірами та імпедансною спектроскопією встановлено, що азот- та фосфорвмісні гетерокарбонові кислоти у діапазоні концентрацій до 20 ppm різко знижуючи ступінь електрохімічного наводнювання металу, істотно не впливають на агресивність середовищ та швидкість самодовільних реакцій при локальному руйнуванні металу.

5. Запропоновано механізм каталітичного стимулювання наводнювання сталевого електроду оксидом миш'яку (III) та виявлено ефект синергізму наводнювання в присутності N-(фосфонометил)-імінодиоцтової кислоти, що дозволило рекомендувати зазначену композицію для застосування у водневій мембранній технології для електрохімічного синтезу водню високої чистоти.

6. Науково обгрунтовано топологічні моделі систем метал-водень та локального руйнування як гетерорезистивних електрохімічних систем, стани яких, фізико-хімічні процеси та динаміка розвитку описані в межах гіпотези про структуру дискретних фрагментів. Запропоновані моделі відбивають парціальні процеси, які перебігають в електрохімічних системах, що дозволило встановити шляхи керування їх кінетикою.

7. Запропоновано новий підхід до опису станів системи метал-водень як спосіб управління транспортом водню, реалізований з застосуванням штучних нейронних мереж. З використанням запропонованих топологічних моделей наводнювання металу в електрохімічних технологіях та локального руйнування у відкритих системах побудовано штучні нейронні мережі для прогнозування параметрів, що характеризують динаміку означених процесів. Перевірка прогнозних оцінок показала адекватність побудованих моделей і доцільність їх використання до прогнозування динаміки електрохімічних систем.

8. Для контроля дифузійно-рухливого водню в металах запропоновано електрохімічний сенсор, що забезпечує підвищення точності і достовірності виміру потоку водню за рахунок усунення додаткових фаз, що зв'язують водень у молекулярному вигляді.

Публікації автора:

1. Желавский С.Г., Сахненко Н.Д., Штефан В.В. Топология наводороживания конструкционных материалов под влиянием фарадеевских реакций и пути управления его динамикой // Сб. научн. трудов ХГПУ “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”.- Харьков: ХГПУ, 1998. – Вып.6.- Ч.3. – С. 72-74.

Здобувачем на основі схеми розподілу водню, що утворюється при розряді його іонів, розроблено топологічну модель наводнювання сталі, яка відбиває різні стани водню в системі метал-електроліт та визначає напрямки керування кінетикою процесу.

2. Сахненко Н.Д., Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. Изучение склонности нержавеющих сталей к питтинговой коррозии в системах горячего водоснабжения // Журн. прикл. химии. – 1998. – Т. 71, №1. – С. 80-83.

Здобувачем визначена пітингостійкість нержавіючих сталей вітчизняного та закордонного виробництва в середовищах різного ступеня мінералізації, побудована топологічна модель пітингового руйнування.

3. Желавский С.Г., Сахненко Н.Д., Штефан В.В. Электрохимическое наводороживание стали в присутствии стимуляторов // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та.- Харьков: ХГПУ, 1998. – Вып. 18. – С. 32-35.

Здобувачем наведено загальний підхід до вивчення наводнювання металів у електрохімічних процесах. Розглянуто особливості дії стимуляторів на процес впровадження водню у вуглецеву сталь.

4. Сахненко Н.Д., Капустенко П.А., Ведь М.В., Желавский С.Г. Анализ питтингостойкости нержавеющих сталей в системах горячего водоснабжения // Защита металлов. – 1998. – Т. 34, №4. – С. 378-383.

Здобувачем проведено аналіз комплексу методів прискорених випробувань нержавіючих сталей на схильність до пітингової корозії, із використанням топологічного опису процесів розглянуті особливості вірогідної оцінки стійкості металів за даними електрохімічних вимірів.

5. Желавский С.Г., Сахненко Н.Д., Штефан В.В. Определение критического тока поляризации в процессах наводороживания сталей // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та.- Харьков: ХГПУ, 1999. – Вып. 26. – С. 27-29.

Здобувачем розглянуто дію оксиду миш’яку (ІІІ) на процес впровадження водню в сталь. Запропоновано додатковий критерій вірогідності визначення критичного струму при наводнюванні металів у електрохімічних процесах.

6. Желавский С.Г., Сахненко Н.Д., Штефан В.В. N-(фосфонометил) имидоуксусная кислота как ингибитор наводороживания конструкционных материалов // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та.- Харьков: ХГПУ, 1999. – Вып. 33. – С. 58-60.

Здобувачем досліджено дію N–(фосфонометил)імінодіоцтової кислоти як інгібітора та стимулятора впровадження водню в сталь у водних та емульсійних середовищах при вільній корозії та у електрохімічних процесах.

7. Сахненко Н.Д., Ведь М.В., Желавский С.Г. Электрохимические процессы с высоким уровнем локализации // Вопросы химии и хим. технологии.- Днепропетровск: УДХТУ, 1999. – Спец. Вып. “Электрохимия”, №1. – С. 291-293.

Здобувачем запропоновано підхід до прогнозування функціональних властивостей електрохімічних систем з високим рівнем локалізації.

8. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Желавський С.Г., Степанова І.І., Богоявленська О.В. Формалізація опису процесів електрохімічного формування оксидних систем // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та.- Харьков: ХГПУ, 1999. – Вып. 90. – С. 3-5.

Здобувачем розвинуто уявлення про електрохімічні системи, стан яких, перебіг фізико-хімічних процесів та динаміку деградації описано як сукупність фрагментів, що різняться природою та морфологією фаз.

9. Желавский С.Г., Ведь М.В., Сахненко Н.Д. Фарадеевские реакции и хемосорбция в стимулировании водородопроницаемости сталей // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та.- Харьков: ХГПУ, 2000. – Вып. 115. – С. 57-60.

Здобувачем запропоновано механізми прискорення абсорбції водню сталями у присутності оксиду миш’яку (ІІІ). Встановлена залежність концентрації поглинутого водню від густини струму катодної поляризації і вплив на неї стимулятора.

10. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Желавський С.Г., Богоявленська О.В., Степанова І.І., Ярошок Т.П. Оцінка імовірності деградації матеріалів під впливом фарадеївських реакцій // Фіз.- хім. механіка матеріалів.- Львів: ФМІ НАН України, 2000.- Спецвипуск №1. Т.2. – С. 617-622.

Здобувачем розвинуто теоретичні уявлення про систему метал-водень як гетерорезистивну електрохімічну систему варійованого складу, стан якої, властивості, перебіг фізико-хімічних процесів та динаміка деградації описано в межах гіпотези про структуру та еволюцію реакційно-активної поверхні як сукупності дискретних фрагментів, що різняться природою та морфологією фаз. Обгрунтовано ознаки їх ідентифікації, динаміку станів надано інваріантним до механізмів деградації графом, зв'язки у якому відбивають напрямки руйнування.

11. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Желавський С.Г. Електрохімічні методи діагностики матеріалів та захисних покрить // Питання розвитку газової промисловості України. – Харків: “Укргазпром”, УкрНДІГАЗ. – 2000. – Вип. XXVIII. – С. 88-95.

Здобувачем проведено аналіз методів діагностики систем з участю водню. Електрохімічними методами визначені параметри хімічних, електрохімічних та фазових процесів (коефіцієнти дифузії, сорбції, проникність та інш.). Показано, що еволюція систем може бути наведено графом станів.

12. Желавский С.Г., Ведь М.В., Сахненко Н.Д., Штефан В.В., Шепеленко А.С. Квантово-химическая интерпретация влияния гетерокарбоновых кислот на скорость фарадеевских реакций // Вестник Национального технического ун-та “ХПИ”.- Харьков: НТУ “ХПИ”.– 2001.– №3.– С.67-72.

Здобувачем за результатами експериментальних та квантово-хімічних досліджень показано, що азот- та фосфорвмісні гетерокарбонові кислоти у малих кількостях, які відповідають робочому діапазону концентрацій, суттєво не впливають на швидкість вільної корозії сталі 20 в слабкокислих середовищах, але виявляють високий ступінь захисту від наводнювання.

13. Штефан В.В., Желавский С.Г., Ведь М.В., Сахненко Н.Д. Комплексообразование некоторых d-элементов с гетерокарбоновыми кислотами // Вестник Национального технического ун-та “ХПИ”.- Харьков: НТУ “ХПИ”, 2001. – №23, Т.2. – С. 9-12.

Здобувачем визначено константи іонізації ряду гетерокарбонових кислот та константи нестійкості їх комплексів з іонами металів Fe²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺. З урахуванням визначених констант проаналізовано вплив органічних сполук на швидкість фарадеївських процесів.

14. Желавський С.Г., Ведь М.В., Сахненко М.Д. Електрохімічні аспекти управління абсорбцією водню металами // Фіз.- хім. механіка матеріалів.- Львів: ФМІ НАН України, 2002.- Спецвипуск №3. Т.1. – С. 274-278.

Здобувачем встановлено доцільність застосування штучних нейронних мереж для прогнозування властивостей гетерорезистивних електрохімічних систем, зокрема системи метал-водень. Показано адекватність побудованих нейронних мереж експериментальним даним, що дозволяє цілеспрямовано керувати процесом абсорбції водню металами.

15. Сахненко Н.Д., Ведь М.В., Степанова И.И., Вестфрид Ю.В., Желавский С.Г., Орлова Ю.А. Опыт использования математических моделей для оптимизации функциональных свойств покрытий // Тр. междунар. науч.-техн. конф. “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”.- Харьков: ХГПУ, 1996. – С. 160.

Здобувачем на основі системного підходу досліджено кінетику електрохімічних процесів, що реалізуються в системі метал-покриття і проведено співставлення результатів експериментальних досліджень розрахунковим.

16. Сахненко Н.Д., Ведь М.В., Богоявленская Е.В., Никифоров К.В., Желавский С.Г. Мониторинг локальных электрохимических процессов // Тр. междунар. науч.-техн. конф. “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”.- Харьков: ХГПУ, 1997. – С. 130-132.

Здобувачем розвинуто уявлення стосовно проблем діагностики локального корозійного руйнування нержавіючих сталей, що дозволило сформулювати основні напрямки їх рішення – від формалізації стану до побудови прогнозних оцінок імунного стану в умовах експлуатації.

17. Lunarska E., Zelawski S. Inhibitory nawodorowania w srodowiskach instalacji rafineryjnych // Materialy IV Ogolnopolskiego Sympozjum Naukowo-Technicznego “Nowe osiagniecia w badaniach i inzynierii korozyjnej”.- Poraj (Poland), 1997. – S. 174-179.

Здобувачем проаналізовані основні технологічні параметри, що можуть сприяти наводнюванню конструкційних матеріалів, наведено ряд неорганічних та органічних сполук, які можуть виступати як промотори впровадження водню в метали. Надано приклади застосування інгібіторів наводнювання для декількох агресивних технологічних середовищ.

18. Сахненко М.Д., Ведь М.В., Нікіфоров К.В., Желавський С.Г. Дослідження локальних корозійних процесів та прогнозування їх динаміки з застосуванням системного підходу // Матеріали IV міжнар. конф.-виставки “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів”.- Львів: ФМІ НАН України, 1998. – С. 429-432.

Здобувачем проаналізовано топологічний опис локального корозійного руйнування нержавіючих сталей та запропоновано процедуру апроксимації імунного стану металу в координатах температура – концентрація іонів-активаторів.

19. Штефан В.В., Желавский С.Г. Наводороживание конструкционных материалов и ингибиторная защита // IX Ogolnopolska Szkola Chemii w Smereku “Bieszczadzka Jesien’98”.- Rzeszow (Poland), 1998. – P-26. – S. 90.

Здобувачем розглянуто наводнювання матеріалів у агресивних середовищах у присутності промоторів, підтверджене експериментальними дослідженнями з використанням електрохімічного дифузійного метода воднепроникності. Проаналізовані методи захисту металів від наводнювання.

20. Ved M.V., Sakhnenko N.D., Zhelavsky S.G. The initial stages of stainless steel and zirconium alloys crevice corrosion // International Conference on Environmental Degradation of Engineering Materials – EDEM’99.- Gdansk-Jurata (Poland), 1999. – Vol.2. – P. 69-72.

Здобувачем обгрунтовано уявлення про локальне руйнування сталей з позиції еволюції системи, а з застосуванням мікроелектродів та електрохімічних методів досліджено стадії на початковому етапі локального руйнування.

21. Ved M.V., Sakhnenko N.D., Zhelavskiy S.G., Stepanova I.I. Analysis of local electrochemical processes during material degradation under environmental and operating conditions // 51^st Annual International Society of Electrochemistry Meeting on CD-ROM.- Warsaw (Poland), 2000. – Symposium 3. – 192.

Здобувачем обговорювались методологія аналізу локальних електрохімічних процесів при впровадженні водню в метали та локальному руйнуванні металів стосовно до умов експлуатації технологічних систем.