[发明专利]一种用于金属材料的充氢疲劳耦合试验方法

说明书

本发明提供了一种用于金属材料的充氢疲劳耦合试验方法，通过借助一套电化学充氢装置和金属材料的试样设计，以较简单的方式实现了试样疲劳加载时充氢条件的施加。本发明提供的方法中的充氢装置既保证了试样平行段充氢效果的均匀性，也解决了疲劳加载时电解质溶液的密封性问题，在长时间疲劳测试过程中实现了氢的充入和逸出动态平衡，避免了由于氢逸出导致疲劳过程中材料内氢含量变化。本发明还确立了试验前对试样预充氢处理，试验后对平行段部分氢含量测定等关键步骤，对充氢效果进行量化，使充氢疲劳耦合试验的试验参数量化可控，为金属材料充氢疲劳耦合试验的开展提供了重要的技术支持。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种用于金属材料的充氢疲劳耦合试验方法。

背景技术

氢能具有清洁、高效、可再生的特点，氢能的开发与利用已经成为能源技术变革重要方向，是国家重点发展的高新技术产业。目前常用的储氢材料多为金属材料，如Cr-Mo钢、6061铝合金、316L不锈钢等。除了生产制造过程例如冶炼、酸洗、电镀过程引入的氢，这些金属材料在富氢环境中应用，也会有氢进入材料内部，从而产生氢脆的风险。氢脆是指氢与应力的共同作用，造成金属材料机械性能下降、塑性降低的现象，由于氢脆断裂时材料的外加应力显著低于屈服强度，且没有预兆性，往往会导致较为严重的后果。为了研究不同服役条件下金属材料的氢脆机理，通过在金属材料中引入不同程度的氢，然后对其机械性能进行评估，是评价材料氢脆敏感性的重要手段。

金属材料在实际服役过程中大多承受交变载荷的作用，在长时间工作后产生裂纹并发生断裂的现象称为疲劳破坏。疲劳破坏作为机械失效的主要原因之一，材料的抗疲劳性能是材料应用研究的主要方面。在特殊工况下由于氢的存在，研究氢对材料疲劳性能的影响对材料的安全服役具有十分重要的工程意义。

现有技术中，GB/T 34542.2-2018《氢气储存输送系统第2部分：金属材料与氢环境相容性试验方法》推荐使用高压氢气试验箱结合加载杆来实现对氢气环境下的试样进行疲劳加载，这种方法需要保证箱体在高压氢气下的气密性，对加载杆与环境箱结合处的匹配程度有较高要求，在一般的疲劳试验机上进行试验具有较大困难。其它公开资料在研究氢对材料疲劳性能影响时采用的方法是将试样充氢处理后，再进行疲劳试验。由于疲劳是个长时间过程，充氢之后材料内的氢原子逸出，无法保证在整个试验过程中试样内氢含量的一致性，造成试验结果出现偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于金属材料的充氢疲劳耦合试验方法，将充氢和疲劳加载耦合，充氢过程中氢的充入和逸出动态平衡，用于测试金属材料在氢含量影响下的疲劳试验结果，对评价材料在疲劳载荷下的氢脆敏感性方面有重要作用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于金属材料的充氢疲劳耦合试验方法，将充氢和疲劳加载耦合，通过将待测金属材料放置于电化学充氢装置中，利用电化学充氢的方式对金属材料充氢。

进一步的，所述金属材料为圆形等截面状，包括夹持段、过渡段和平行段，所述夹持段包括两个，并分别设置于金属材料的上下两侧，所述过渡段对应设置两个，每个过渡段对应连接一个夹持段，两个过渡段之间通过平行段连接。

进一步的，所述电化学充氢装置包括阳极、电解质盒体、插入部、橡胶塞、密封盖和电源，所述电解质盒体的内部盛装电解质溶液，所述插入部设置在电解质盒体的底部，所述橡胶塞封堵插入部。

进一步的，所述橡胶塞中间有通孔，用于使位于金属材料下侧的夹持段穿过通孔，并使金属材料竖直设置在电解质盒体的内部

进一步的，所述橡胶塞的外周设置外螺纹，所述密封盖和所述外螺纹连接。

进一步的，所述阳极在电解质盒体的内侧边缘均匀设置多个。

进一步的，所述电解质盒体的内径为金属材料平行段直径的10倍以上。