(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211068417.2 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市钱塘区学源街 258号中国计量大 学 (72)发明人 周海婷　朱晨曦　胡沁　 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 17/00(2006.01) G01N 17/02(2006.01) (54)发明名称 一种电化学充氢慢应 变速率原位拉伸装置 (57)摘要 本发明提供了一种电化学充氢慢应变速率 原位拉伸装置， 包括电化学充氢单元、 密封单元 和原位拉伸单元， 充氢单元设置铂电极片、 直流 电源和电解槽， 密封单元由压缩弹簧、 密封橡胶 圈和PVC密封环构成， 原位拉伸单元由一组丝杆 导轨、 试样夹持装置和上位机构成。 原位拉伸试 样通过夹持装置固定并贯穿电解槽上下端且标 距段全部浸没于电解液中， 利用压缩弹簧形变产 生的压力及密封橡胶圈实现原位拉伸试样在电 解槽中的密封性。 本发明解决了临氢环境下内氢 和外氢作用下试样慢应变速率力学性能实验， 且 装置结构简单、 整体尺寸较小、 操作 简便， 适用于 材料氢损伤实验研究和验证 。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115389323 A 2022.11.25 CN 115389323 A 1.一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 该装置包括电化学充氢单 元、 密封单 元和原位拉伸单 元， 其中： 所述电化学充氢单元包含直流电源(1)、 铂电极(6)、 原位拉伸试样(8)和电解槽(5)； 密 封单元包含压缩弹簧(10)和密封橡胶圈(9)； 原位拉伸单元包含丝杆导轨(7)、 夹持装置(4) 和上位机(14)。 2.根据权利要求1电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 电解槽(5)上部 结构为电化学充氢单元， 铂电极(6)和原位拉伸试样(8)标距段平行放置于电解槽内， 浸泡 电解液， 铂电极用导线与直流电源(1)阳极相连接， 原 位拉伸试样(8)与直流电源(1)的阴极 相连。 3.根据权利要求1所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 压缩弹簧 (11)位于电解槽(5)底部密封结构内， 固定在原位拉伸试样(8)下端， 与PVC密封环(10)相接 触， 弹簧压缩形成的轴向弹力作用于PVC密封环(10)传递至密封橡胶圈(9)， 使原位拉伸试 样(8)在拉伸过程中下端保持密封 。 4.根据权利要求1所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 上下对称 的夹持装置(4)连接固定在上下金属连接板(2)上， 原位拉伸试样(8)通过紧固螺栓(12)与 夹持装置(4)相连接 。 5.根据权利要求1所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 左右对称 的丝杆直线导轨(7)装置通过紧固螺栓分别与金属连接板(2)和固定板(13)相连接， 使左右 丝杆直线导轨保持平行， 通过高精度步进电机驱动丝杆传动控制夹持装置拉伸原位拉伸试 样(8)。 6.根据权利要求1所述的电化学充氢慢应变速率原位拉伸装置， 其特征在于， 原位拉伸 单元通过上位机(14)控制步进电机转速设置试样拉伸速率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115389323 A 2一种电化学充氢慢应变速率原位拉伸装 置 技术领域 [0001]本发明涉及临氢环境下金属力学性能测量领域， 具体涉及一种电化学充氢慢应变 速率原位拉伸装置 。 背景技术 [0002]能源结构转型是国家的重大需求， 其中氢能源作为再生能源， 其产业发展前景广 阔， 目前全国大范围布局氢能产业。 因此， 氢能全产业链设备和结构件的安全保障技术 发展 也尤为迅速。 [0003]加氢站设备、 输氢管道等典型氢能产业设备和结构件在临氢环境下服役面临着氢 作用下引发的氢脆、 氢致开裂等问题。 材料中的氢来源可以分为两类， 一是掺氢天然气管 道、 纯氢管道等在氢压环境下经过物理吸附、 分解和扩散进入 材料内部的内氢， 二是服役环 境中的外氢。 [0004]临氢环境下服役的设备和结构件通常受到应力和化学势等的共同作用， 会出现氢 脆、 氢致开裂、 氢鼓泡等氢损伤现象。 其中， 氢在金属内部扩散、 聚集导致的强度、 刚度、 韧性 等性能退化属于氢脆范畴， 属于早期氢损伤。 而进入金属内部氢以原子、 分子形式在位错、 晶界等位置富集， 进而诱导微裂纹扩散甚至导致结构件断裂属于不可逆损伤形式。 因此， 研 究金属在内氢和外氢作用下 的早期氢损伤状态对于预防临氢服役结构件失效具有重要现 实意义。 [0005]目前， 研究者普遍认可的金属材料氢脆机制主要有氢压理论、 氢降低 界面结合力 理论、 氢促进局部塑形变形理论和氢致应变导致的空位聚集理论。 为了探究氢脆的根本机 制， 保证金属材料在使用过程中的安全性， 在实验室条件下对氢含量对材料力学性能影响 规律、 性能退化机制进行探究很有必要。 [0006]根据充氢时有无应力加载可以分为静态充氢和动 态充氢， 不受载荷条件下的静态 充氢方式已经比较成熟， 常用的有室温气相充氢、 高温高压充 氢和电化学充氢。 室温气相充 氢是指直接在酸性溶液或者原油中进行浸泡充氢， 随着时间的增加进入金属的氢越来越 多， 这种方法操作简单但是充氢效果较差。 高温高压充氢虽然充氢效果明显但是需要长时 间保持高温高压， 一般实验室难以具备这样的条件， 实验安全性也难以得到保证。 电化学充 氢可使试样在短时间内获得较高的氢浓度， 可以通过控制充 氢时间、 电流大小、 电解液浓度 等较为方便的控制实验所需氢浓度， 是一种常见的实验充氢 方法。 [0007]比较三种充氢方式， 虽然各有千秋， 但是都存在难以避免的弊端， 所以综上所述， 设计一个设备简便、 操作简单、 安全隐患小的动态实验室充氢装置 很有必要。 发明内容 [0008]针对现有技术中存在的问题， 本发明实施提供一种电化学充氢慢应变速率原位拉 伸装置， 主 要目的是解决现有 充氢成本高、 实验周期长、 结构复杂等的问题。 [0009]本发明的技 术方案如下：说　明　书 1/4 页 3 CN 115389323 A 3