[發明專利]多功能壓差式高壓氫與材料相容性的測試方法

在審

• 申請號: 201510345866.0
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104880368A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 鄭津洋;花爭立;趙永志;顧超華;劉鵬飛;崔天成;黃改
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/36
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及材料力學性能測試設備開發領域，旨在提供多功能壓差式高壓氫與材料相容性的測試方法。該多功能壓差式高壓氫與材料相容性的測試方法包括爆破試驗測試方法、變氫壓疲勞試驗測試方法、恒定氫壓疲勞試驗測試方法。本發明利用圓盤試樣上下表面的壓差來對圓盤試樣施加載荷的方法，避免了復雜的伺服試驗機構，設備體積極大地縮小，設備投入降低，操作簡便，試驗效率提高；且在試驗過程中，圓盤試樣的應變和位移等參數可方便地進行測量，相應測試元件不受高壓氫氣的影響。

技術領域

本發明是關于材料力學性能測試設備開發領域，特別涉及多功能壓差式高壓氫與材料相容性的測試方法。

背景技術

氫氣是化石能源的清潔利用以及新能源發展過程中重要的組成部分。氫氣通常以高壓氣態的形式進行儲存和運輸。近些年，由于高壓氫系統壓力走高、服役環境復雜化的發展趨勢，使得高壓氫系統用材料與氫相容性問題(即氫脆問題)變得逐漸突出。氫脆會使得材料的韌性下降，裂紋擴展速度變大，進而造成高壓氫系統在服役過程中突然發生嚴重失效，給人民群眾的安全造成極大隱患。為了保障高壓氫系統的安全，高壓氫系統用材料必須開展與氫相容性的試驗研究。

要進行金屬材料與高壓氫的相容性研究，應當在高壓氫環境下(高達100MPa)開展材料的力學性能測試。這就對相應的試驗裝置提出了較高的要求。世界上許多研究機構都開展了材料在高壓氫環境中相容性研究設備的研發，但是上述設備都面臨如下的關鍵問題：

(1)設備結構復雜，成本高，操作復雜

目前開發的氫相容性試驗裝置多是在傳統材料試驗機的基礎上，加上能夠提供高壓氫氣環境的環境箱，試樣及其夾具被盛裝在環境箱內部，因此，環境箱內部容積較大，加之其壓力通常較高(高達100MPa)，造成設備造價昂貴。除此之外，較大容積的環境箱還需要配備相應的氫氣供氣系統，整個設備操作復雜，氫氣和人工成本較高。如專利[201110259252.2]中提出的試驗裝置，不僅設備本身的成本較高，且每次試驗需多人操作設備，氫氣消耗量也大。

(2)存在高壓氫氣動密封結構，容易發生泄漏

現有的材料與氫相容性試驗裝置中都有貫穿氫環境箱的加載桿，從而為環境箱內部的試樣提供加載力。為了維持環境箱內部的壓力，加載桿與環境箱接觸處需設置動密封元件。而實踐表明，現有的動密封結構壽命非常短，經常在使用較短時間后，因為磨損及溶氫膨脹等原因而突然發生失效，造成氫氣的泄漏，存在較大安全隱患。

(3)高壓氫氣環境中試樣的各項參數測量難度大

在高壓氫氣環境中，試樣應變、力等測量元件由于受氫氣的影響，信號會發生嚴重漂移，造成測量的不準確。

(4)試樣的受力狀態與實際構件的受力狀態間存在較大差異

通常，高壓儲氫容器的筒壁在服役過程中受兩向應力或三向應力的作用。而現有的試驗機通常是測試試樣在單向應力作用下的失效行為，與構件的實際服役狀況還存在一定差距。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種采用圓盤狀薄片作為試樣，利用圓盤試樣上下表面的壓差來對圓盤試樣施加載荷的實驗方法。為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供多功能壓差式高壓氫與材料相容性的試驗裝置，能在高壓氫環境下(高達100MPa)對圓盤試樣進行力學性能測試，所述試驗裝置包括試驗腔體、氣動增壓泵、低壓儲罐、高壓儲罐、真空泵、氫氣瓶組、氬氣瓶組和控制系統模塊；