Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ), Пермь, Россия

Д. Д. Фомина, ассистент кафедры химических технологий, эл. почта: Fomina97@yandex.ru
В. З. Пойлов, руководитель ЦКП «Центр наукоемких химических технологий и физико-химических исследований», профессор кафедры химических технологий, докт. техн. наук, эл. почта: vladimirpoilov@mail.ru
А. Н. Галлямов, аспирант кафедры химических технологий, эл. почта: andrewg96@mail.ru

В связи с перспективами использования водорода в качестве добавки к авиационным топливным смесям возникла необходимость изучения его воздействия на компоненты жаропрочных никелевых сплавов, из которых изготавливают детали газотурбинных двигателей (ГТД). Рассмотрена термодинамическая оценка вероятности взаимодействия водорода с компонентами жаропрочного никелевого сплава: алюминием, титаном, никелем, хромом, кобальтом, танталом, вольфрамом и молибденом. При эксплуатации ГТД на поверхности деталей в результате воздействия газа образуются продукты коррозии (оксиды указанных металлов) и микротрещины. В настоящее время получает развитие технология ремонта лопаток ГТД, поверхность которых необходимо очищать от образовавшихся оксидов металлов и от микротрещин. Для термодинамической оценки провели расчет энергии Гиббса в интервале температур от 273 до 2273 K, а также изучили литературные источники. В результате термодинамического анализа выявлено, что водород взаимодействует с титаном при температурах от 227 до 927 K и танталом до 273 K с образованием соответствующих гидридов. Для взаимодействия водорода с другими металлами необходимо высокое давление. Восстановление водородом оксидов металлов хрома(III), хрома(VI), никеля, молибдена и кобальта возможно во всем температурном диапазоне, а оксид вольфрама начинает реагировать с водородом при температуре 1173 K. Экспериментально установлено, что степень восстановления оксида никеля составляет 93,75 %, а процесс восстановления сопровождается образованием зерен никеля размером 2–3 мкм.
Результаты получены при выполнении государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект FSNM-2023-0004).

1. Логинова Д. И., Фомина Д. Д., Федотова О. А., Пойлов В. З. Способы очистки сопловых лопаток газотурбинного двигателя от оксидов металлов // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. 2023. № 1. С. 19–34.
2. Fomina D. D., Poilov V. Z. Methods of cleaning the surface of the blades of gas turbine engines from carbon deposits and oxidation products // Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Химия. Экология. Урбанистика», 28–29 апреля 2022 г., Пермь. — Пермь : ПНИПУ, 2022. С. 191–194.

3. Pat. US4188237, CPC B23K 1/206. Method for cleaning metal parts with elemental fluorine / Cyhasteen J. W. ; priority 02.02.1978 ; published 12.02.1980.
4. Pat. US4324594, CPC C23G 5/00. Method for cleaning metal parts / Cyhasteen J. W. ; priority 06.02.1980 ; published 13.04.1982.
5. Пат. 2419684 РФ. Контактный раствор, способ и установка для очистки поверхности металлических сплавов, в том числе поверхности трещин и узких зазоров / Пай З. П., Пармон В. Н., Пай В. В., Федотенко М. А. и др. ; заявл. 04.06.2009 ; опубл. 27.05.2011, Бюл. № 15.
6. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия : учебник для хим. спец. вузов. — 6-е изд. — М. : Высшая школа, 2006. — 527 с.
7. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. — М. : Высшая школа, 1988. — 496 с.
8. Булычев Б. М., Стороженко П. А. Молекулярные и ионные гидриды металлов как источники водорода для энергетических установок // Альтернативная энергетика и экология. 2004. № 4. С. 5–10.
9. Finholt A. E., Bond A. C. Jr., Schlesinger H. I. Lithium aluminum hydride, aluminum hydride and lithium gallium hydride, and some of their applications in organic and inorganic chemistry // Journal of The American Chemical Society. 1947. Vol. 69, No. 5. P. 1199–1203.
10. Общая и неорганическая химия : учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению и спец. «Химия». — М. : Высшая школа, 1997. — 527 с.
11. Уравнение реакции никеля с водородом. — URL: https://b6.cooksy.ru/articles/uravnenie-reaktsii-nikelya-s-vodorodom/ (дата обращения: 02.09.2023).
12. Химическая документация для студентов и учеников: [сайт] / Почему так важен кобальт? — URL: https://chimical-docs.ru/pochemu-tak-vazhen-kobalt/ (дата обращения: 02.09.2023).
13. Брауэр Г., Глемзер О., Грубе Г. Л., Герцог С. и др. Руководство по неорганическому синтезу : пер. с нем. / под ред. Г. Брауэра. Том 5. — Москва : Мир, 1985. — 360 с.
14. Бальшин М. Ю., Виноградов С. В., Глазунов С. Г., Зеликман А. Н. Справочник по машиностроительным материалам. Цветные металлы и их сплавы. Том 2. — Москва : Машгиз, 1959. — 640 с.
15. Белаш И. Т., Антонов В. Е., Понятовский Е. Г. Получение гидрида молибдена при высоком давлении водорода // Доклады Академии наук СССР. 1977. Том 2, № 2. С. 379–380.
16. Металл: Восстановление водородом высшего оксида металла вольфрама. — URL: https://stal-kom.ru/vosstanovleniyevodorodom-vysshego-oksida-metalla-vol-frama (дата обращения: 09.09.2023).
17. Rukini A., Rhamdhani M. A., Brooks G. A., Van den Bulck A. Metals production and metal oxides reduction using hydrogen: A review // Journal of Sustainable Metallurgy. 2022. Vol. 8. P. 1–24.
18. Lunk H.-J., Hartl H. Molybdenum and tungsten: oxides, suboxides and oxide hydrates // ChemTexts. 2023. Vol. 9, No. 5. P. 2–13.
19. Андерсон Дж. Структура металлических катализаторов : пер. с англ. Э. Э. Рачковский / ред. Г. К. Борескова. — Москва : Мир, 1978. — 449 с.
20. Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Теория коррозии и коррозионнностойкие конструкционные сплавы. — Москва : Металлургия, 1986. — 359 с.
21. Dong Soo Lee, Dong Joon Min. A kinetics of hydrogen reduction of nickel oxide at moderate temperature // Metals and Materials International. 2019. Vol. 25. P. 982–990.
22. Oliveira V., Lana R., da Silva Coelho H., Brigolini G. et al. Kinetic studies of the reduction of limonitic nickel ore by hedrogen // Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. Vol. 51. P. 1418–1431.