Сотрудниками Института проблем машиноведения Российской академии наук при реализации данного проекта был задействован принцип Анри Ле Шателье, который коротко звучит как: «Если Вы хотите создать нечто фундаментальное, беритесь за детальное обследование самых, казалось бы, до конца обследованных вопросов».

Исследованиям, посвящённым влиянию водорода на свойства металлов, уже более 150 лет и, в 99% случаев это влияние является вредным (металл становится хрупким), из-за чего концентрацию водорода в металлах надо уменьшать. Водород оказывается внутри металлов, либо во время их производства, либо путем поглощения готовыми металлическими деталями из внешней среды. В случае производства металлургический водород тщательно контролируется и, если его количество значительно выше нормы, металл перерабатывают. Но сам водород из внешней среды неустраним, так как везде присутствует вода. При нормальных условиях она покрывает все металлические поверхности, как минимум, одним монослоем молекул. Химические реакции с участием воды, вырабатывают водород.

В ходе проведённых измерительных работ, были найдены несоответствия результатов известным теориям, в частности сотрудникам удалось выяснить, что законы диффузии для водорода работают не всегда. А если попытаться с их помощью описать наблюдаемые экспериментально процессы, то получается огромный разброс величин коэффициентов диффузии. Данные этих предварительных исследований послужили основой идеи для того, чтобы заново изучить как водород транспортируется из внешней агрессивной среды внутрь металла.

Образцы из стали 14ХГНДЦ до и после наводораживания. 

В результате изучения был открыт скин-эффект поглощения водорода из электролитов. Но стоит заметить, что само явления было открыто сотрудниками не впервые, но именно сотрудникам ИПМаш РАН удалось установить, что влияние на процесс транспорта водорода очень сильное. В скин-слое толщиной 50 микрометров водород быстро накапливается под поверхностью металла. Накопившись, он препятствует своему же дальнейшему проникновению. Это похоже на эффект неупорядоченной толпы людей, пытающихся одновременно попасть в зрительный зал на концерт.

Микрофотографии поперечного разреза наводороженного образца с сетью образовавшихся при транспорте водорода трещин.

От чего зависит величина скин-эффекта, насколько он является всеобщим и как его можно использовать? На данный момент это самые интересные и самые важные для практики вопросы. В ходе данного проекта продолжается поиск ответов на фундаментальной основе, включающей математические модели скин-эффекта и результаты многоплановых экспериментальных исследований. Сотрудниками используются разные методы насыщения металлов водородом, сравнения результатов с образцами, вырезанных из реальных, проработавших конструкций для поиска ключей к управлению транспорта водорода.

Исследование было поддержано в рамках гранта РНФ 18-19-00160 «Разработка фундаментальных основ для расчетно-экспериментальной водородной диагностики деградации свойств конструкционных материалов в агрессивных коррозионных средах». Руководитель – д.т.н., директор ИПМаш РАН Владимир Анатольевич Полянский.