[发明专利]氢脆试验中提高金属样品预充氢速度的方法

说明书

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种氢脆试验中提高金属样品预充氢速度的方法，包括：于金属样品表面形成储氢合金薄膜，得到预充氢试样；以及将所述预充氢试样置于充氢装置中进行预充氢。本发明中，由于储氢合金薄膜具有加速氢分子解离成氢原子的催化作用，使得预充氢试样的表面氢原子浓度高，同时，由于储氢合金薄膜具有吸收氢原子的作用，而且氢原子在储氢合金薄膜中扩散速度极快。因此，通入充氢装置中的高压氢气在储氢合金薄膜的作用下能够更快速的分解为氢原子，并通过储氢合金薄膜与金属样品的界面扩散进入金属样品的基体内部，从而有效提高金属样品的预充氢速度，缩短预充氢的时间。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及氢脆试验中提高金属样品预充氢速度的方法。

背景技术

氢能源发展方面的最主要挑战是氢能的储运，找到安全、经济、高效、可行的储运模式，是氢能全生命周期应用的关键。目前高压容器储氢是主要的储氢方式，氢气压力等级一般为35MPa或70MPa，但是，高压容器长时间暴露在高压氢气环境中会发生氢脆现象，进而导致高压容器开裂。

因此，对高压容器用的材料进行氢脆试验至关重要，而氢脆试验最关键的就是提供材料的实际氢服役环境。但是，直接模拟长时间储运高压氢气环境需要大量的时间成本和工作成本，这不利于对高压氢气环境导致的氢脆行为进行研究，所以需要设计一种预充氢方法，既可以近乎模拟真实工作环境，又能够减少对材料充氢时所用的时间。

传统的氢脆试验的预充氢方法大致分为三种：

(1)水溶液电解充氢：利用石墨板或铂丝作为阳极，将材料作为阴极在含酸或含碱溶液中电解充氢，材料中的最终含氢量取决于电流密度、电解液种类以及充氢的时间温度等因素。尽管电解充氢是目前最简单且最常用的充氢方式，但是该方法只保证了一定的氢离子浓度，不能够真正模拟实际的高压氢气环境下材料的服役状态。另外，水溶液电解充氢会在材料表面产生较高的氢逸度，导致材料表面开裂或发生相变。

(2)高温气相充氢：根据气体状态方程，升高温度可以使得气体发生膨胀从而产生高压氢气，但是，仅仅依靠升高温度来实现升高压力，所需要的加热温度往往都会相当地高，例如：要想将25℃下的10MPa氢压提升至40MPa，则需要将温度加热到920℃左右，提升至70MPa时则更需要将温度加热至1820℃，而传统的高温高压充氢装置难以承受这种压力。另外，高温环境可能会对材料本身造成破环性的影响，如热应力开裂等。

(3)机械增压充氢：将材料置于充氢装置中，密封后使用压缩机向充氢装置提供高压氢气，在室温或低于150℃的温和条件下进行预充氢，该方法虽然对材料本身基本上不会造成损伤，但是，要达到材料实际服役时的高压氢气环境，存在预充氢时间长的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种氢脆试验中提高金属样品预充氢速度的方法，所述方法可以有效提高金属样品的预充氢的速度，缩短预充氢的时间。

一种氢脆试验中提高金属样品预充氢速度的方法，包括：

于金属样品表面形成储氢合金薄膜，得到预充氢试样；以及

将所述预充氢试样置于充氢装置中进行预充氢。

在其中一个实施例中，所述储氢合金薄膜的厚度为10nm-30nm。

在其中一个实施例中，所述储氢合金薄膜为连续的薄膜，或者，所述储氢合金薄膜为非连续的薄膜。

在其中一个实施例中，所述储氢合金薄膜选自稀土系储氢合金薄膜、钛系储氢合金薄膜中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述稀土系储氢合金薄膜中稀土系储氢合金的通式为RT_x，其中，R选自稀土元素中的至少一种，T选自过渡金属中的至少一种，4.5≤x≤5.5。