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氫脆（HE）現(xiàn)象是由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部而引起其延展性和強(qiáng)度下降，在應(yīng)力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。
圖片來源網(wǎng)絡(luò)
氫脆常見于高溫、高壓的環(huán)境中，程度取決于暴露于氫氣的時(shí)間、溫度、氫氣壓力、以及材料類型及其性能等因素。
金屬在熔煉、使用過程中，有很多機(jī)會能接觸到氫原子并將其吸收，而燃料電池中時(shí)刻與氫接觸的金屬部件，更要提防氫脆現(xiàn)象的出現(xiàn)。
燃料電池系統(tǒng)零部件的氫脆現(xiàn)象的出現(xiàn)是概率性事件，氫脆現(xiàn)象會影響燃料電池的性能，縮短使用壽命，或是造成氫氣泄漏引發(fā)事故。
1、氫脆的產(chǎn)生機(jī)制是什么？
1. 氫局部可塑性加劇（HELP）：氫增加了裂紋尖端位錯(cuò)的成核和運(yùn)動(dòng)。HELP通過裂紋尖端的局部延性破壞導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，而周圍材料中發(fā)生的變形極小，從而使斷裂看起來很脆。
2. 內(nèi)部壓力：高氫濃度下，吸收的氫原子在空隙中重新組合形成氫分子，從金屬內(nèi)部產(chǎn)生壓力。氫原子的擴(kuò)散需要時(shí)間，因此氫脆通常表現(xiàn)為延遲斷裂。
3. 氫增加脫聚（HEDE）：氫降低了金屬原子斷裂所需要的應(yīng)力，HEDE僅在氫的局部濃度高時(shí)發(fā)生。
4. 金屬氫化物的形成：脆性氫化物與母材的形成使裂紋以脆性方式擴(kuò)展，但大多數(shù)結(jié)構(gòu)合金不容易形成氫化物。
5. 相變：氫會在某種材料中引起相變，新相的延展性可能較差。
氫脆通常發(fā)生在金屬材料工作一段時(shí)間后，表現(xiàn)為晶間斷口。氫脆試驗(yàn)通過對制備的樣品和成品緊固件進(jìn)行測試，確認(rèn)材料是否容易受到氫脆的影響。
2、目前氫脆主要有兩種檢測方法：
1.預(yù)載荷試驗(yàn)平面支撐面法：預(yù)載荷試驗(yàn)應(yīng)在適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)夾具上進(jìn)行。緊固件承受的應(yīng)力應(yīng)在其屈服點(diǎn)以內(nèi)，或者處在破壞扭矩的范圍內(nèi)。該應(yīng)力或扭矩應(yīng)至少保持 48h以上。每隔 24h應(yīng)將緊固件再擰緊到初始應(yīng)力或扭矩，同時(shí)檢查緊固件是否因氫脆已發(fā)生破壞。
某品牌氫脆試驗(yàn)機(jī) 圖片來源于網(wǎng)絡(luò)
2. 硅油檢測法：用 200#硅油加熱到 200 ℃±10 ℃恒溫，慢慢將試樣置入有硅油的容器中，5分鐘后檢查，若無連續(xù)氣泡產(chǎn)生，則視為合格。亦有資料建議采取石蠟（180 ℃±10 ℃ ）或凡士林（120 ℃±10 ℃ ）替代硅油進(jìn)行檢查。
3.如何避免產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象？
1。零部件采用耐氫脆合金：氫脆最顯著的發(fā)生在鋼材以及鐵、鎳、鈦、鈷及其合金中。銅、鋁和不銹鋼則不易發(fā)生氫脆。通過調(diào)節(jié)合金成分和熱處理可獲得耐氫脆的金屬材料。
2。去氫處理：如果金屬還沒有開始開裂，可以通過去除氫源并通過熱處理使金屬中的氫擴(kuò)散出來來逆轉(zhuǎn)氫脆。這種被稱為低氫退火或烘烤的去脆化過程用于克服電鍍等方法將氫引入金屬的弱點(diǎn)，但由于必須達(dá)到足夠的時(shí)間和溫度，因此并不總是完全有效。
3。可以通過集中方法來防止氫脆，所有這些方法都集中在盡量減少金屬和氫之間的接觸，特別是在制造和電解水的過程中。應(yīng)避免酸性等脆化程序，也應(yīng)避免增加與硫和磷酸鹽等元素的接觸。使用適當(dāng)?shù)碾婂內(nèi)芤汉统绦蛞灿兄诜乐箽浯唷?/span>
前文提到，氫脆通常出現(xiàn)在高溫高壓的環(huán)境中，那么在燃料電池的工作環(huán)境中，氫脆現(xiàn)象容易出現(xiàn)嗎？
中國工程院院士陳學(xué)東曾做出解釋：“從目前的研究情況看，在常溫高壓下，氫氣轉(zhuǎn)化為氫原子的可能性是存在的，但是通用院結(jié)合超高壓儲氫實(shí)驗(yàn)容器的使用維護(hù)，開展了相關(guān)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目前沒有發(fā)現(xiàn)很明確的影響。”
為了防止燃料電池系統(tǒng)零部件出現(xiàn)氫脆效應(yīng)，導(dǎo)致氫泄漏，目前高壓儲氫瓶和氫燃料管道、閥門等零部件通常選擇抗氫脆的不銹鋼、鋁合金或合成材料，盡可能減小出現(xiàn)氫脆的概率。
雖說氫脆現(xiàn)象不易發(fā)生在燃料電池設(shè)備上，但作為與氫氣進(jìn)行長時(shí)間接觸的設(shè)備，在氫脆檢測和預(yù)防上也不能掉以輕心。生產(chǎn)廠家和終端用戶需要在制造和使用過程中盡量避免氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生，以保障運(yùn)行時(shí)的安全穩(wěn)定。
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