[實用新型]基于離子液體的高壓氫環境下材料試驗裝置

有效

• 申請號: 201320301184.6
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN203275200U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 鄭津洋;花爭立;歐可升;趙永志;周池樓;劉驍;李靜媛;施建峰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本實用新型屬于材料力學性能測試設備開發領域，特別涉及一種基于離子液體的高壓氫環境下材料試驗裝置。

背景技術

隨著能源危機的日益突出和環境污染的不斷加劇，世界各國都加緊了對新能源的探索步伐。氫能以其來源多樣、潔凈環保、可儲存和可再生等優點，可同時滿足資源、環境和可持續發展的要求，是未來極具發展潛力的二次能源。在氫能應用的過程中，氫氣多以高壓形式進行儲存和運輸。為了滿足車輛續駛里程的需求，高壓儲氫的壓力已達到70?MPa及以上。然而，對于長期與高壓氫氣直接接觸的材料，其性能會出現不同程度的劣化，如韌性降低、裂紋擴展速率加快、疲勞壽命下降等，嚴重時可導致設備在設計壽命周期內突然失效，危及人身和財產安全。

為了評價不同材料在高壓氫環境下的耐久性，獲得相應的可用于指導儲氫、輸氫裝置設計的力學性能數據，有效的方法是在現有常規材料力學性能試驗機主機上對接高壓氫氣環境箱進行測試。然而，世界各國目前在此類設備的開發過程中都面臨著如下的技術難題：

（1）高壓氫氣環境箱充氫緩慢，試驗耗時長。由于氫氣易燃、易爆，通常采用氣動氫氣增壓泵來對高壓氫氣環境箱進行充裝。然而，此類增壓泵隨著額定最大出口壓力的提升，對應流量逐漸減小，要將高壓氫氣環境箱加壓到試驗壓力（100~200?MPa），一般要數小時，試驗效率較低。

（2）施加到試樣上的真實載荷無法較為準確的測量。目前，用于測量載荷的載荷傳感器有兩種布置方法：一種是置于高壓氫氣環境箱內部，即內置式；另一種是安裝在環境箱外部，稱為外置式。內置式載荷傳感器的敏感元件會受高壓氫氣影響，在使用一段時間后，其阻值等性能將發生變化，造成測量結果失真。外置式載荷傳感器測量的數值包含了高壓動密封處（加載桿與O型圈密封之間）摩擦力的影響，且該摩擦力隨著時間發生變化，無法的數值上對其進行簡單的剔除。

（3）高壓動密封無法確保氫氣無泄漏，造成安全隱患。氫氣是極易發生泄漏的氣體，且易燃、易爆。高壓氫氣環境箱的設計壓力通常為100~200?MPa。在現有試驗裝置中，高壓氫氣直接與O型圈密封接觸。在進行材料疲勞性能試驗時，加載桿要不斷與O型圈密封之間發生相對的往復運動，與O型圈密封直接接觸的高壓氫氣易發生泄漏，存在較大安全隱患。

（4）高壓氫氣環境箱內氫氣會對加載桿產生高達數噸的作用力，在試樣斷裂時，這部分作用力對試驗裝置主機產生巨大沖擊，降低其控制精度及壽命。

專利[201110259252.2]中提出一種在中空式加載桿內部貼設載荷敏感元件的方法來克服動摩擦力和高壓氫氣對試樣上真實載荷測量的影響。不過由于加載桿在試驗過程中變形量很小，這就造成載荷敏感元件測量靈敏度較低；且這種貼片方式需在現場完成，通用性和精度相對較差。專利[201110259252.2]中所提出的試驗機存在充氫緩慢、耗時長，并且與O型圈密封直接接觸的高壓氫氣易發生泄漏的問題。

為解決上述技術難題，可在現有試驗裝置中引入一種滿足試驗基本要求的液體，利用液體較低的壓縮系數對高壓氫氣環境箱內氫氣實現快速加壓，提高效率；另外可借助液體隔離內置式載荷傳感器及O型圈密封與高壓氫氣的接觸，防止了載荷傳感器受高壓氫氣的影響，并可在一定程度上避免O型圈密封處氫氣的泄漏。

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現液態的、完全由陰陽離子所組成的鹽，也稱為低溫熔融鹽。離子液體無味、不燃，其蒸汽壓極低，常態下幾乎不揮發，因此可用于高真空體系或不允許有揮發的場合中。高壓氫環境下材料試驗裝置中環境箱內的氫氣純度一般要求達到99.999%及以上的水平。因此，如果想在高壓氫氣環境箱內加入液態介質以克服現有環境箱中的技術不足，離子液體是理想的選擇。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是，克服當前現有技術中的不足，提出一種基于離子液體的高壓氫環境下材料試驗裝置。

為解決技術問題，本實用新型的解決方案是：