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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。
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氫脆常見(jiàn)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(lèi)型及其性能等因素。
金屬在熔煉、使用過(guò)程中，有很多機(jī)會(huì)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(huì)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(guò)裂紋尖端的局部延性破壞導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，而周?chē)牧现邪l(fā)生的變形極小，從而使斷裂看起來(lái)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(huì)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(guò)對(duì)制備的樣品和成品緊固件進(jìn)行測(cè)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(cè)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(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
2. 硅油檢測(cè)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(wú)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(guò)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(méi)有開(kāi)始開(kāi)裂，可以通過(guò)去除氫源并通過(guò)熱處理使金屬中的氫擴(kuò)散出來(lái)來(lái)逆轉(zhuǎn)氫脆。這種被稱為低氫退火或烘烤的去脆化過(guò)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?？梢酝ㄟ^(guò)集中方法來(lái)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(guò)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(guó)工程院院士陳學(xué)東曾做出解釋?zhuān)骸皬哪壳暗难芯壳闆r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(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)容器的使用維護(hù)，開(kāi)展了相關(guān)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目前沒(méi)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(chǔ)氫瓶和氫燃料管道、閥門(mén)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(shuō)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(zhǎng)時(shí)間接觸的設(shè)備，在氫脆檢測(cè)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(guò)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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