[發明專利]一種用于金屬材料的充氫疲勞耦合試驗方法

在審

• 申請號: 202211483911.5
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115773953A
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 高宇昊
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02;G01N17/02
• 代理公司: 北京市中聯創和知識產權代理有限公司 11364
• 代理人: 李萌;王一民

本發明提供了一種用于金屬材料的充氫疲勞耦合試驗方法，通過借助一套電化學充氫裝置和金屬材料的試樣設計，以較簡單的方式實現了試樣疲勞加載時充氫條件的施加。本發明提供的方法中的充氫裝置既保證了試樣平行段充氫效果的均勻性，也解決了疲勞加載時電解質溶液的密封性問題，在長時間疲勞測試過程中實現了氫的充入和逸出動態平衡，避免了由于氫逸出導致疲勞過程中材料內氫含量變化。本發明還確立了試驗前對試樣預充氫處理，試驗后對平行段部分氫含量測定等關鍵步驟，對充氫效果進行量化，使充氫疲勞耦合試驗的試驗參數量化可控，為金屬材料充氫疲勞耦合試驗的開展提供了重要的技術支持。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種用于金屬材料的充氫疲勞耦合試驗方法。

背景技術

氫能具有清潔、高效、可再生的特點，氫能的開發與利用已經成為能源技術變革重要方向，是國家重點發展的高新技術產業。目前常用的儲氫材料多為金屬材料，如Cr-Mo鋼、6061鋁合金、316L不銹鋼等。除了生產制造過程例如冶煉、酸洗、電鍍過程引入的氫，這些金屬材料在富氫環境中應用，也會有氫進入材料內部，從而產生氫脆的風險。氫脆是指氫與應力的共同作用，造成金屬材料機械性能下降、塑性降低的現象，由于氫脆斷裂時材料的外加應力顯著低于屈服強度，且沒有預兆性，往往會導致較為嚴重的后果。為了研究不同服役條件下金屬材料的氫脆機理，通過在金屬材料中引入不同程度的氫，然后對其機械性能進行評估，是評價材料氫脆敏感性的重要手段。

金屬材料在實際服役過程中大多承受交變載荷的作用，在長時間工作后產生裂紋并發生斷裂的現象稱為疲勞破壞。疲勞破壞作為機械失效的主要原因之一，材料的抗疲勞性能是材料應用研究的主要方面。在特殊工況下由于氫的存在，研究氫對材料疲勞性能的影響對材料的安全服役具有十分重要的工程意義。

現有技術中，GB/T 34542.2-2018《氫氣儲存輸送系統第2部分：金屬材料與氫環境相容性試驗方法》推薦使用高壓氫氣試驗箱結合加載桿來實現對氫氣環境下的試樣進行疲勞加載，這種方法需要保證箱體在高壓氫氣下的氣密性，對加載桿與環境箱結合處的匹配程度有較高要求，在一般的疲勞試驗機上進行試驗具有較大困難。其它公開資料在研究氫對材料疲勞性能影響時采用的方法是將試樣充氫處理后，再進行疲勞試驗。由于疲勞是個長時間過程，充氫之后材料內的氫原子逸出，無法保證在整個試驗過程中試樣內氫含量的一致性，造成試驗結果出現偏差。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種用于金屬材料的充氫疲勞耦合試驗方法，將充氫和疲勞加載耦合，充氫過程中氫的充入和逸出動態平衡，用于測試金屬材料在氫含量影響下的疲勞試驗結果，對評價材料在疲勞載荷下的氫脆敏感性方面有重要作用。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于金屬材料的充氫疲勞耦合試驗方法，將充氫和疲勞加載耦合，通過將待測金屬材料放置于電化學充氫裝置中，利用電化學充氫的方式對金屬材料充氫。

進一步的，所述金屬材料為圓形等截面狀，包括夾持段、過渡段和平行段，所述夾持段包括兩個，并分別設置于金屬材料的上下兩側，所述過渡段對應設置兩個，每個過渡段對應連接一個夾持段，兩個過渡段之間通過平行段連接。

進一步的，所述電化學充氫裝置包括陽極、電解質盒體、插入部、橡膠塞、密封蓋和電源，所述電解質盒體的內部盛裝電解質溶液，所述插入部設置在電解質盒體的底部，所述橡膠塞封堵插入部。

進一步的，所述橡膠塞中間有通孔，用于使位于金屬材料下側的夾持段穿過通孔，并使金屬材料豎直設置在電解質盒體的內部

進一步的，所述橡膠塞的外周設置外螺紋，所述密封蓋和所述外螺紋連接。

進一步的，所述陽極在電解質盒體的內側邊緣均勻設置多個。

進一步的，所述電解質盒體的內徑為金屬材料平行段直徑的10倍以上。