[发明专利]一种α/近α钛合金充氢试验方法

说明书

本发明提供一种α/近α钛合金充氢试验方法，包括以下步骤：步骤一、将待充氢的试样放入分析纯的酒精中超声清洗15~25 min；步骤二、将步骤一清洗后的试样烘干后浸入体积分数为15~25%的HCl溶液中，在温度为60~80℃水浴加热保温7~9h，以去除试样表面的钝化膜；步骤三、将试样从步骤二的盐酸溶液中取出后，在保持试样表面盐酸溶液未干的前提下，迅速将试样接入电解池中作为阴电极进行电解充氢；步骤四、步骤三的电解充氢结束后，将试样冲洗干净并晾干，放入温度为150~300℃热处理炉中退火处理2~4h，自然冷却至室温，本发明为研究材料的氢脆机理及氢含量安全阈值提供支撑，为材料的安全服役提供保障。

技术领域

本发明属于钛合金充氢方法技术领域，具体涉及一种α/近α钛合金充氢试验方法。

背景技术

金属材料在生产和服役过程中会由于氢的引入导致性能劣化，具体表现为塑性降低、易产生滞后断裂，称为氢损伤或氢脆。氢脆现象在钢、铝合金、钛合金等材料中普遍存在，加之其滞后性和隐蔽性带来极大的服役风险，引起了学者的广泛关注。在氢脆机理及氢脆预防的研究工作中，最常用的手段即为通过充氢改变材料中的氢含量，研究氢含量与性能的相关性，从而找到氢含量的安全阈值，从源头上预防氢脆的发生。而现有的充氢手段为电解充氢和高温氢气氛充氢，但两种方法对α/近α钛合金的充氢效果均难以满足研究需要。首先，电解充氢将钛合金作为阴极，通过电解水使氢气在钛合金表面生成，并逐渐向内部扩散，最终达到充氢目的。然而钛合金由于表面钝化膜十分致密且自修复能力强，氢穿过钝化膜扩散进入材料内部的阻力较大，同时α/近α钛合金由于溶氢能力差、α相中氢扩散阻力大等因素导致充氢效果不佳。目前文献报道的充氢效果良好案例均针对β-钛合金和α+β钛合金，原因就在于β相溶氢能力强、β相中氢扩散速度快。同时，也有研究人员采用加毒化剂或催化剂等方法改进电解充氢以尝试提升充氢效果，这种方法难以推广应用的原因在于：一方面毒化剂（As₂O₃）和催化剂（(NH₂)₂CS）毒性大、操作危险性高；另一方面，二者对充氢效果的提升十分有限，文献报道的饱和充氢含量仅为80 ppm，难以满足研究需要的数百ppm。其次，高温氢气氛充氢法需要在管式炉中进行，对试样的尺寸限制较大。同时，该方法消耗大量高纯氢气，成本居高不下，加之高温氢气为易爆危险源，试验危险性高，因此并未在国内实验室广泛应用。综上所述，由于现有的充氢手段在α/近α钛合金材料的应用效果不佳，导致对该材料的氢脆机理及氢含量安全阈值的研究一直未能广泛开展，成为制约材料应用的瓶颈短板。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明旨在通过钝化膜剥离、电解充氢和热处理等流程解决α/近α钛合金由于表面钝化膜阻止氢向内扩散、溶氢能力差而导致充氢效果不佳的问题，为研究材料的氢脆机理及氢含量安全阈值提供支撑，为材料的安全服役提供保障。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种α/近α钛合金充氢试验方法，包括以下步骤：

步骤一、将待充氢的试样放入分析纯的酒精中超声清洗15~25 min，以去除试样表面有机沾污；

步骤二、将步骤一清洗后的试样烘干后浸入体积分数为15~25%的HCl溶液中，在温度为60~80℃条件下水浴加热保温7~9h，以去除试样表面的钝化膜；

步骤三、将试样从步骤二的盐酸溶液中取出后，在保持试样表面盐酸溶液未干的前提下，迅速将试样接入电解池中作为阴电极进行电解充氢；

步骤四、步骤三的电解充氢结束后，将试样冲洗干净并晾干，放入温度为150~300℃热处理炉中退火处理2~4h，自然冷却至室温。

进一步的，步骤三中的电解池的阳极为直径为15~25mm的碳棒，电解质溶液为质量分数为5~10% 的H₂SO₄溶液，外加电源的电流密度为5~20 mA/cm²。