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A potentiostatic double-step method for measuring hydrogen atom diffusion and trapping in metal electrodes—II. Experimental

✍ Scribed by B.G. Pound; G.A. Wright; R.M. Sharp


Publisher
Elsevier Science
Year
1987
Weight
823 KB
Volume
35
Category
Article
ISSN
0001-6160

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✦ Synopsis


A potentiostatic double-step technique was used to study hydrogen atom ingress into a planar iron electrode. The technique involves generating hydrogen atoms at a constant cathodic potential, then stepping the potential to a more positive value and recording the anodic current and charge associated with the removal of hydrogen atoms from the electrode. It was shown that a model for the diffusion and trapping of hydrogen atoms under the conditions imposed by this technique could quantitatively account for the experimental results. Accordingly, parameters such as the rate constant for trapping have been evaluated for iron (annealed and non-annealed) in aqueous H,S and H,S-free solutions. In H,S solutions, equilibrium is established between the adsorbed hydrogen layer and the hydrogen atoms just below the iron surface, so that the hydrogen flux is controlled solely by diffusion and trapping in the metal. In H,S-free solutions, the rate of hydrogen ingress in iron is controlled by the rate of transfer of hydrogen atoms across the surface into the metal. R&sum&-Nous avons utilisC une mtthode potentiostatique en deux itapes pour etudier l'entrke d'atomes d'hydrogtne dans une Clectrode plane de fer. La technique consiste en une production d'atomes d'hydrogkne g potentiel cathodique constant; puis en un saut du potentiel vers une valeur plus positive, et a l'enregistrement du courant anodique et de la charge associ6s avec le dipart des atomes d'hydrogtne de 1'Clectrode. Noun avons montrk qu'un moddle pour la diffusion et le pidgeage des atomes d'hydrogkne das les conditions impo&es par cette technique pouvait expliquer quantitativement les r&hats exp&imentaux. En cons&quence, nous avons tvalut pour le fer (rccuit et non recuit) dans des solutions aqueuses contenant ou non H,S, des paramktres tels que la vitesse de pibgeage. Dans les solutions contenant H,S, l'tquilibre s'6tablit entre la couche d'hydrogtne adsorb&e et les atomes d'hydrogkne sit&s juste au dessous de la surface du fer, de sorte que le flux d'hydrogkne est contr8lt uniquement par la diffusion et le pikgeage B l'intkrieur du m&al. Dans les solutions ne contenant pas H,S, la vitesse d'entrie de l'hydrogene dans le fer est contr&e par la vitesse de transfert dans le m&al des atomes d'hydrogtne & travers la surface. Zusammenfassung-Das Eindringen von Wasserstoffatomen in eine ebene Eisenelektrode wurde mittels einer zweistufigen potentiostatischen Technik untersucht. Bei dieser Methode werden Wasserstoffatome bei einem konstanten Katodenpotential erzeugt, dann wird das Potential auf einen positiveren Wert gebracht und der anodische Strom und die Ladung, die beide mit dem Beseitigen der Wasserstoffatome von der Elektrode zusammenhtingen, verfolgt. Ein Model1 fiir die Diffusion und das Einfangen von Wasserstoffatomen an Fallen kann unter den Bedingungen dieser Methode die experimentellen Ergebnisse quantitativ beschreiben. Entsprechend konnten Parameter wie die Ratenkonstante fiir das Einfangen fiir Eisen (ausgeheilt und nicht ausgeheilt) in wlssrigen H,S-und H,S-freien Liisungen ermittelt werden. In H,S-Ldsungen entsteht ein Gleichgewicht zwischen der adsorbierten Wasserstoffschicht und den Wasserstoffatomen direkt unterhalb der EisenoberlXche; hierbei ist der Wasserstoff-FluI nur durch die Diffusion und das Einfangen der Wasserstoffatome im Metal1 bestimmt. In H,S-freien Liisungen wird die Geschwindigkeit des Eindringens des Wasserstoffes'durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Wasserstoffatome durch die Oberfliiche in das Metal1 gebracht werden.


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