测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法

技术领域

本发明涉及材料性能测试的技术领域，尤其涉及测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法。

背景技术

氢能被誉为“21世纪的终极能源”，是全球能源技术革命和转型发展的重大战略方向。其中，安全高效的储氢技术是氢能产业链的关键环节。目前最为成熟、应用也最广的是铝合金储氢罐，其内胆为铝合金，外围包覆一层碳纤维材料。常规的35MPa储氢罐储氢密度仅2.4 wt.%，下一代氢燃料车为提高续航里程，需要将储氢密度提高到6.5 wt.%以上，相应的储氢压力要提到70MPa以上。储氢罐内胆材料长期在高压、高纯氢气环境中服役，容易引起局部塑性降低、裂纹快速扩展与耐久性下降，产生高压氢脆，进而导致储氢罐断裂失效，产生安全事故。因此，为了确保其长期、稳定、可靠的运行，需要特别关注铝合金材料在高压氢环境下的氢脆敏感性。

然而，在现有技术中，常规材料氢脆敏感性测试装置主要有两种，一种是直接搭建高压氢气釜，另一种是利用电化学反应渗氢。例如，专利申请CN 113466427A提供了一种高压氢气环境下材料抗氢脆性能及寿命测试试验系统，包含慢应变速率拉伸试验机、高压气体釜、恒温循环器、氧浓度检测仪、燃烧器等装置，能够在多组分高压气体环境下进行材料氢脆慢应变速率拉伸及低周循环载荷疲劳实验。专利申请CN115032063A通过在介质槽中加入电解充氢溶液，以试样作阴极进行电化学充氢并同时施加和保持不低于气瓶服役条件的应力水平，提供了一种模拟气瓶应力状态的材料氢脆敏感性试验装置及方法。专利CN112461659B通过电解渗氢的方法对6061-T6铝合金试样进行渗氢，然后采用等应变模型计算出电解渗氢后试样渗氢层的抗拉强度与屈服强度，以此评价6061-T6铝合金氢致损伤程度。

在现有的测试方法中，高压氢气釜比较接近储氢罐的真实服役工况，但很少能够实现加载到70MPa以上氢压，需要定制昂贵的耐高压设备，建立专门的防爆实验室，成本投入大；再加上氢气为易爆危险源，试验危险性高，难以在实验室普及。电解渗氢装置简便、操作简单，但通过电化学工艺参数改变仅能模拟材料中氢浓度，难以模拟70MPa以上超高氢压工况下氢原子扩散速率及分布状态，与储氢罐实际服役状态存在差异。

因此，需要一种测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法，解决现有技术难以模拟70MPa以上的铝合金材料高氢压测试环境的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法，以解决现有技术难以模拟70MPa以上的适用于铝合金材料的高氢压测试环境的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法，所述方法包括：

S1：在温度T、第一湿度φ1下，以应变速率ν对铝合金材料进行第一次慢应变速率拉伸实验，得到第一断后伸长率A1，温度T为20°C~35°C，第一湿度φ1为0%~10%RH，应变速率ν为10

S2：在温度T、第二湿度φ2下，以应变速率ν对铝合金材料进行第二次慢应变速率拉伸实验，得到在模拟高压氢环境下的第二断后伸长率A2，第二湿度φ2为40%~60%RH，模拟高压氢环境的模拟氢压P

S3：根据以下公式1，计算铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性指数I，

公式1：I = (A1-A2)/A1 × 100%；

S4：将氢脆敏感性指数I与参考值10%进行比较，若氢脆敏感性指数I≥10%，测定铝合金材料在模拟高压氢环境下氢脆敏感，若氢脆敏感性指数I＜10%，测定铝合金材料在模拟高压氢环境下氢脆不敏感。

优选地，温度T为25°C。

优选地，第一湿度φ1为5%RH。

优选地，第二湿度φ2为40%RH。

优选地，第二湿度φ2为50%RH。

优选地，第二湿度φ2为60%RH。

优选地，温度T为25°C，第二湿度φ2为40%RH，模拟高压氢环境的模拟氢压P

优选地，温度T为25°C，第二湿度φ2为50%RH，模拟高压氢环境的模拟氢压P

优选地，温度T为25°C，第二湿度φ2为60%RH，模拟高压氢环境的模拟氢压P

优选地，在步骤S1之前，本发明方法还包括以下步骤：对铝合金材料进行打磨和超声清洗。

本发明针对现有技术难以模拟70MPa以上的铝合金材料高氢压测试环境的技术问题，提出了在一定湿度范围的湿空气中以慢应变速率拉伸铝合金材料，以其新鲜表面上发生水解反应所产生的高压氢气来模拟实际的高氢压工况，由此能够方便地测试铝合金材料在70MPa以上的高氢压环境下的氢脆敏感性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明根据一种实施方式的测试方法所采用的实验系统的示意图。

图2示出了7075-T6铝合金在根据实施例1的模拟氢压测试环境（左图）和在实际70MPa氢压环境（右图）的合金应力应变曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

为了解决难以模拟70MPa以上的铝合金材料高氢压测试环境的技术问题，根据本发明，提供了一种测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法，该方法包括以下步骤：

S1：在温度T、第一湿度φ1下，以应变速率ν对所述铝合金材料进行第一次慢应变速率拉伸实验，得到第一断后伸长率A1，温度T为20°C~35°C，第一湿度φ1为0%~10%RH，应变速率ν为10

S2：在温度T、第二湿度φ2下，以应变速率ν对铝合金材料进行第二次慢应变速率拉伸实验，得到在模拟高压氢环境下的第二断后伸长率A2，第二湿度φ2为40%~60%RH，模拟高压氢环境的模拟氢压P

S3：根据以下公式1，计算铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性指数I，

公式1：I = (A1-A2)/A1 × 100%；

S4：将氢脆敏感性指数I与参考值10%进行比较，若氢脆敏感性指数I≥10%，测定铝合金材料在模拟高压氢环境下氢脆敏感，若氢脆敏感性指数I＜10%，测定铝合金材料在模拟高压氢环境下氢脆不敏感。

本发明的方法是通过铝合金材料在湿空气中慢应变速率拉伸时新鲜表面上发生水解反应产生的高压氢气来模拟实际高氢压工况。

本发明研究发现，当铝合金在湿空气中以低应变速率拉伸时，铝合金表面氧化层因塑性变形而逐渐破裂，漏出的新鲜表面活性很高，极易与周围的水蒸气发生反应，产生高压氢气，且氢气分压会随着环境湿度的增加而增加。根据铝合金水解反应吉布斯自由能及水蒸气湿焓图，可建立环境温度、湿度与水解反应产生的氢分压之间的定量关系模型，进而通过比较材料在干燥气氛与一定湿度条件下慢应变速率拉伸过程中断后伸长率的变化，可得到材料在相应氢压下的氢脆敏感性指数。

本发明基于上述理论依据和大量实验建立了模拟氢压（P

基于上述经验模型，本发明发现，通过在接近室温的环境下（20°C~35°C），将湿度设置为40%~60%RH，即可在慢应变速率拉伸实验中针对铝合金材料模拟出70~105 MPa的高氢压环境。这大大降低了高氢压环境模拟测试的难度。

为了验证由上述经验模型得到的模拟高氢压环境的可靠性，将铝合金材料置于设定温度和湿度条件（20°C~35°C、40%~60%RH）下进行慢应变速率拉伸实验，将由此获得的合金应力应变曲线与相同合金材料在实际高氢压环境下的应力应变曲线进行比对，确认模拟高氢压环境下该合金应力应变曲线与铝合金材料在70~105 MPa的实际高氢压环境下的合金应力应变曲线吻合，证明上述经验模型能够切实获得70~105 MPa高氢压环境。

例如，图2示出了7075-T6铝合金在70MPa模拟氢压测试环境（左图）和在实际70MPa氢压环境（右图）的合金应力应变曲线图。其中，图2中的左图曲线示出了7075-T6铝合金在温度为25°C、湿度φ2为40%RH、拉伸应变速率ν为10

进一步地，通过比较铝合金材料在干燥气氛与湿空气两种不同环境中慢应变速率拉伸试验断后伸长率的变化，可有效评估铝合金材料的氢脆敏感性。具体地，本发明的方法分别测试铝合金材料在同一温度T不同湿度条件下慢应变速率拉伸断后伸长率，其中湿度φ1为干燥环境，湿度值0%~10%RH，测得的断后伸长率为A1；湿度φ2为水蒸气环境，湿度值40%~60%RH，测得的断后伸长率为A2。根据以下公式1计算出材料在（T、φ2）工况对应氢压P

公式1

经过试验验证，发现上述方法可测得模拟氢压P

本发明的方法创新地提出在实验室环境下通过调节、控制温度和湿度条件，对铝合金材料进行慢应变速率拉伸处理，从而能够方便、安全地模拟出70~105 MPa的高氢压环境，实现对铝合金材料在高压氢环境下氢脆敏感性的有效测定。本发明巧妙地利用了以下发现：铝合金材料在特定湿度环境下，通过慢应变速率拉伸暴露新鲜表面并发生水解反应，由此可产生高压氢气。本发明根据铝合金水解反应吉布斯自由能及水蒸气湿焓图并通过大量实验验证，得到了温度、湿度与对应压力之间的计算关系经验模型，并在该经验模型的基础上，选择出相对更安全、更适合实验室操作的温度与湿度条件，从而实现70~105 MPa的模拟高氢压环境下铝合金材料氢脆敏感性的测定。

在本发明的方法中，温度控制在20°C~35°C，优选25~30°C，第一湿度和第二湿度分别控制在0%~10%RH、40%~60%RH的范围内。这些温度和湿度范围是常规的材料实验室容易实现的，且符合材料实验室的温度和湿度要求标准。由此，本发明的显著优势是可大大降低模拟高氢压环境的实验危险性，且大大提高了实验室操作的方便性。

更具体而言，选择第二湿度在40%~60%RH的范围内具有以下显著优势：

- 方便性：将湿度保持在40%~60%RH范围内，与室内湿度相差不大，故仪器对于湿度的调控更为精准；

- 安全性：相较于高湿度的腐蚀性，保持较低的湿度更有利于操作人员的安全与仪器的稳定运行；

- 物化性：当湿度过高时，水汽容易凝结在试样裂纹处，不利于反应的持续进行。

在本发明的方法中，需要特别控制慢应变拉伸速率不超过10

在本发明的方法中，为了提高操作的方便性，优选测试温度T设置为常温25°C。

在本发明的方法中，为了提高操作的方便性，优选第一湿度φ1设置为5%RH。

在本发明的方法中，为了提高操作的方便性，优选第二湿度φ2设置为40%RH。

在本发明的方法中，为了提高操作的方便性，优选第二湿度φ2设置为50%RH。

在本发明的方法中，为了提高操作的方便性，优选第二湿度φ2设置为60%RH。

在一种具体的实施方式中，温度T设置为25°C，第二湿度φ2设置为40%RH，对应模拟高压氢环境的模拟氢压P

在一种具体的实施方式中，温度T设置为25°C，第二湿度φ2设置为50%RH，对应模拟高压氢环境的模拟氢压P

在另一种具体的实施方式中，温度T设置为25°C，第二湿度φ2设置为60%RH，对应模拟高压氢环境的模拟氢压P

优选地，在步骤S1之前，本发明的方法还包括以下步骤：对铝合金材料进行打磨和超声清洗。打磨和超声清洗一方面有利于去除铝合金材料的表面异物，另一方面可减少材料的局部缺陷。这样能够方便铝合金新鲜表面的暴露，有利于水解氧化反应的发生，使得延伸率的测试更准确、可靠。打磨和超声清洗的程度优选达到铝合金材料表面的粗糙度＜0.4μm，更优选＜0.35 μm，最优选＜0.32 μm。

为了实施本发明的上述测试方法，可选用能够控制温度和湿度条件同时实施慢应变速率拉伸实验的实验系统。

例如，可采用以下用于测试铝合金材料在模拟高压氢环境下氢脆敏感性的实验系统，其主要包含用于测试低应变速率下断后伸长率的慢应变速率拉伸试验机及配套夹具和拉伸样品、用于提供特定温湿度环境的高低温交变湿热试验箱、以及用于制造压缩空气的空气压缩机及配套的中冷器。更具体地，该实验系统可包括：

慢应变速率拉伸试验机，主要包含控制机柜及主机单元；

与慢应变速率拉伸试验机配套的夹具；

与慢应变速率拉伸试验机配套的高低温交变湿热试验箱；高低温交变湿热试验箱的主要功能是提供温湿度变化环境，内含空气干燥器、加热器、制冷蒸发器和鼓风风机，以保证工作室的温湿度要求；高低温交变湿热试验箱箱体带有升降气缸及万向脚轮，可以推入慢应变拉伸实验机主机的两立柱之间，并通过升降气缸使其顶部密封条与慢应变拉伸试验机台面板接触密封；

用于为高低温交变湿热试验箱制造压缩空气的空气压缩机；

用于为空气压缩机提供后续气体降温处理的中冷器。

优选地，慢应变速率拉伸试验机及高低温交变湿热试验箱置于实验室内；

优选地，高低温交变湿热试验箱的温度范围在20°C ~100°C，优选常温~100°C，湿度范围在0%RH~98%RH，优选5%RH~98%RH，温度波动度≤±0.5°C，温度均匀度为±2°C；

优选地，空气压缩机及中冷器置于实验室外干燥通风处。

例如，可参见图1，其示出了本发明根据一种实施方式的测试方法所采用的实验系统的示意图。该实验系统包括慢应变速率拉伸试验机的主机单元1、高低温交变湿热试验箱2、控制机柜3、空气压缩机4和中冷器5。尽管图1未具体示出各装置之间的连接关系，但本领域技术人员能够基于本发明的测试方法知晓它们彼此之间的连接关系。具体来说，主机单元1置于高低温交变湿热试验箱2上部，二者彼此连接；控制机柜3与主机单元1连接，控制机柜3用于控制低应变拉伸实验的条件参数和实验进程；空气压缩机4的空气出口与中冷器5的空气入口相连，而中冷器5的空气出口与高低温交变湿热试验箱2相连，空气压缩机4和中冷器5二者共同用于提供适当温度和湿度范围的空气。

根据一种具体的实施方式，本发明测试铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性的方法，主要包括拉伸试样表面处理、干燥环境下慢应变拉伸断后伸长率测试、特定湿度环境下慢应变速率拉伸断后伸长率测试、以及不同环境下断后伸长率变化值计算、比较等步骤。

更具体地，根据本发明的一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将铝合金材料加工成哑铃型拉伸试样2件，并对试样平行端进行局部打磨及超声清洗，至试样表面粗糙度＜0.32 μm；

步骤二、启动慢应变速率拉伸试验机，将高低温交变湿热试验箱推入慢应变速率拉伸试验机主机的两立柱之间；

步骤三、将试验箱前门打开，安装第一件拉伸试样，确保试样受力方向与慢应变速率拉伸试验机力值加载方向一致；

步骤四、合上试验箱前门，通过升降气缸使试验箱上的密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触，并被压缩至一半高度，以确保充分密封；

步骤五、依次启动空气压缩机、中冷器及试验箱，设置试验箱温度T与湿度φ1，所述温度T优选为20°C~35°C，所述湿度φ1为干燥环境，优选为0%~10%RH；

步骤六、待试验箱温度与湿度稳定后，设置材料慢应变拉伸速率ν，开始拉伸直至断裂，测试其断后伸长率A1，所述慢应变拉伸速率ν优选为10

步骤七、打开试验箱前门，取出拉伸试样，观察其断口组织中脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断氢脆断裂；

步骤八、重复上述步骤二至四，安装第二件拉伸试样；

步骤九、保持上述步骤五中所述温度T不变，改变设置试验箱湿度为φ2，φ2为40%~60%RH；

步骤十、待试验箱温度与湿度稳定后，设置慢应变拉伸速率ν与上述步骤六相同，开始拉伸直至断裂，测试其断后伸长率A2；在该步骤中由于在湿空气中铝合金材料新鲜表面发生水解氧化反应而产生高氢压环境，通过经验模型计算、以及合金应力应变曲线比对确认，该高氢压环境的对应模拟氢压P

步骤十一、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织中脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断氢脆断裂；

步骤十二、根据公式1：I = (A1-A2)/A1 × 100%，计算铝合金材料在模拟氢压P

步骤十三、重复两遍上述步骤一至十二，取三次测试结果的平均值为最终铝合金材料在模拟氢压P

在实际测试过程中，根据不同的铝合金材料和实验室环境以及其他因素，可以选择将铝合金材料制备成哑铃型、片状、棒状、螺纹状等不同型式。

依据不同的测试精度要求，本发明的测试方法可以设置多次重复，例如，可重复两次、重复三次、或重复五次等。

与现有的模拟测试方法相比，本发明方法取得了显著优势。常规的搭建高压氢气釜测试材料氢脆敏感性的方法，需要定制昂贵的耐高压设备，建立专门的防爆实验室，成本投入大，且很少能够实现加载到70MPa以上氢压，再加上氢气为易爆危险源，试验危险性高，难以在实验室普及；而利用电化学反应充氢间接测试其氢脆敏感性的方法，虽然电解渗氢装置简便、操作简单，但通过电化学工艺参数改变仅能模拟材料中氢浓度，难以模拟70MPa以上超高氢压工况下氢原子扩散速率及分布状态，与储氢罐实际服役状态存在差异。本发明解决了现有材料氢脆敏感性研究中仅通过气体渗氢法或溶液渗氢法难以模拟超高压环境下服役工况的难题。并且，本发明进一步具有以下优势：无需定制昂贵的耐高压设备及防爆实验室，设备投入小；试验安全可靠、操作简单、测试周期短，便于在实验室推广。

下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

1.1 实验系统

在实施例1中，采用的模拟高压氢环境下铝合金材料氢脆敏感性的实验系统包括：

慢应变速率拉伸试验机，主要包含控制机柜、及主机单元，其中主机单元含承载框架、加载单元、测变形装置、台面板、拉杆、试样夹具、反力框架等；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的夹具及拉伸样品，所述夹具为厚度1mm的板材夹具，所述拉伸样品为厚度1mm的铝合金材料拉伸试片，通过两头圆孔插销与两头夹具相连；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的高低温交变湿热试验箱，所述高低温交变湿热试验箱的主要功能是提供温湿度变化环境，内含空气干燥器、加热器、制冷蒸发器和鼓风风机，以保证工作室的温湿度要求。所述高低温交变湿热试验箱箱体带有升降气缸及万向脚轮，可以推入慢应变速率拉伸实验机主机两立柱之间，并通过升降气缸使其顶部密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触密封。所述高低温交变湿热试验箱的温度范围在常温~100°C，湿度范围在5%RH~98%RH，温度波动度≤±0.5°C，温度均匀度为±2°C；

用于为所述高低温交变湿热试验箱制造压缩空气的空气压缩机，所述空气压缩机为新型回转式空气压缩机；

用于为所述空气压缩机提供后续气体降温处理的中冷器。

所述慢应变速率拉伸试验机及所述高低温交变湿热试验箱置于实验室内；所述空气压缩机及中冷器置于实验室外干燥通风处。

1.2 测试方法

按照以下步骤进行铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性测试：

步骤一、将7075-T6铝合金板材加工成1mm厚拉伸试片2件，拉伸试片长度为116mm，平行端长度为24mm，两端夹持端中间各设一个直径为10mm的圆孔，两圆心间距为84mm。对样品平行端进行局部打磨及超声清洗，至试样表面粗糙度＜0.3μm；

步骤二、启动慢应变速率拉伸试验机，将试验箱推入慢应变速率拉伸试验机主机的两立柱之间；

步骤三、将试验箱前门打开，安装第一件拉伸试样，确保试样受力方向与慢应变速率拉伸试验机力值加载方向一致；

步骤四、合上试验箱前门，通过升降气缸使试验箱上的密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触，并被压缩至一半高度；

步骤五、依次启动空气压缩机、中冷器及试验箱，设置试验箱温度T为25°C，湿度φ1为5%RH；

步骤六、待试验箱温度与湿度稳定后，设置材料慢应变速率拉伸实验的应变速率ν为10

步骤七、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤八、重复上述步骤二至四，安装第二件拉伸试样；

步骤九、为考察材料在温度T为25°C，氢压P

步骤十、待试验箱温度与湿度稳定后，设置慢应变拉伸速率ν与上述步骤六相同，开始拉伸直至断裂，测试其断后伸长率A2；

步骤十一、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤十二、根据公式1

步骤十三、重复两遍上述步骤一至十二，得到三次氢脆敏感性指数测试结果

1.3 测试结果

（1）将70 MPa模拟氢压下，7075-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表1中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

（2）按照实施例1的测试方案，获得7075-T6铝合金在40%RH湿度条件下、70MPa模拟氢压测试环境下三次重复实验的应力应变曲线，将该曲线与7075-T6铝合金在实际70MPa氢压环境下三次重复实验获得的应力应变曲线进行比对，结果在图2中示出。图2中的左图曲线示出了7075-T6铝合金在温度为25°C、湿度φ2为40%RH、拉伸应变速率ν为10

实施例2

2.1 实验系统

在实施例2中，采用的模拟高压氢环境下铝合金材料氢脆敏感性的实验系统包括：

慢应变速率拉伸试验机，主要包含控制机柜、及主机单元，其中主机单元含承载框架、加载单元、测变形装置、台面板、拉杆、试样夹具、反力框架等；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的夹具及拉伸样品，所述夹具为厚度1mm的板材夹具，所述拉伸样品为厚度1mm的铝合金材料拉伸试片，通过两头圆孔插销与两头夹具相连；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的高低温交变湿热试验箱，所述高低温交变湿热试验箱的主要功能是提供温湿度变化环境，内含空气干燥器、加热器、制冷蒸发器和鼓风风机，以保证工作室的温湿度要求。所述高低温交变湿热试验箱箱体带有升降气缸及万向脚轮，可以推入慢应变速率拉伸实验机主机两立柱之间，并通过升降气缸使其顶部密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触密封。所述高低温交变湿热试验箱的温度范围在常温~100°C，湿度范围在5%RH~98%RH，温度波动度≤±0.5°C，温度均匀度为±2°C；

用于为所述高低温交变湿热试验箱制造压缩空气的空气压缩机，所述空气压缩机为新型回转式空气压缩机；

用于为所述空气压缩机提供后续气体降温处理的中冷器。

所述慢应变速率拉伸试验机及所述高低温交变湿热试验箱置于实验室内；所述空气压缩机及中冷器置于实验室外干燥通风处。

2.2 测试方法

按照以下步骤进行铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性测试：

步骤一、将7075-T6铝合金板材加工成1mm厚拉伸试片2件，拉伸试片长度为116mm，平行端长度为24mm，两端夹持端中间各设一个直径为10mm的圆孔，两圆心间距为84mm。对样品平行端进行局部打磨及超声清洗，至试样表面粗糙度＜0.3μm；

步骤二、启动慢应变速率拉伸试验机，将试验箱推入慢应变速率拉伸试验机主机的两立柱之间；

步骤三、将试验箱前门打开，安装第一件拉伸试样，确保试样受力方向与慢应变速率拉伸试验机力值加载方向一致；

步骤四、合上试验箱前门，通过升降气缸使试验箱上的密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触，并被压缩至一半高度；

步骤五、依次启动空气压缩机、中冷器及试验箱，设置试验箱温度T为25°C，湿度φ1为5%RH；

步骤六、待试验箱温度与湿度稳定后，设置材料慢应变速率拉伸实验的应变速率ν为10

步骤七、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤八、重复上述步骤二至四，安装第二件拉伸试样；

步骤九、为考察材料在温度T为25°C，氢压P

步骤十、待试验箱温度与湿度稳定后，设置慢应变拉伸速率ν与上述步骤六相同，开始拉伸直至断裂，测试其断后伸长率A2；

步骤十一、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤十二、根据公式1

步骤十三、重复两遍上述步骤一至十二，得到三次氢脆敏感性指数测试结果

2.3 测试结果

将87.5 MPa模拟氢压下，7075-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表2中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

实施例3

3.1 实验系统

在实施例3中，采用的模拟高压氢环境下铝合金材料氢脆敏感性的实验系统包括：

慢应变速率拉伸试验机，主要包含控制机柜、及主机单元，其中主机单元含承载框架、加载单元、测变形装置、台面板、拉杆、试样夹具、反力框架等；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的夹具及拉伸样品，所述夹具为厚度1mm的板材夹具，所述拉伸样品为厚度1mm的铝合金材料拉伸试片，通过两头圆孔插销与两头夹具相连；

与所述慢应变速率拉伸试验机配套的高低温交变湿热试验箱，所述高低温交变湿热试验箱的主要功能是提供温湿度变化环境，内含空气干燥器、加热器、制冷蒸发器和鼓风风机，以保证工作室的温湿度要求。所述高低温交变湿热试验箱箱体带有升降气缸及万向脚轮，可以推入慢应变速率拉伸实验机主机两立柱之间，并通过升降气缸使其顶部密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触密封。所述高低温交变湿热试验箱的温度范围在常温~100°C，湿度范围在5%RH~98%RH，温度波动度≤±0.5°C，温度均匀度为±2°C；

用于为所述高低温交变湿热试验箱制造压缩空气的空气压缩机，所述空气压缩机为新型回转式空气压缩机；

用于为所述空气压缩机提供后续气体降温处理的中冷器。

所述慢应变速率拉伸试验机及所述高低温交变湿热试验箱置于实验室内；所述空气压缩机及中冷器置于实验室外干燥通风处。

3.2 测试方法

按照以下步骤进行铝合金材料在模拟高压氢环境下的氢脆敏感性测试：

步骤一、将7075-T6铝合金板材加工成1mm厚拉伸试片2件，拉伸试片长度为116mm，平行端长度为24mm，两端夹持端中间各设一个直径为10mm的圆孔，两圆心间距为84mm。对样品平行端进行局部打磨及超声清洗，至试样表面粗糙度＜0.3μm；

步骤二、启动慢应变速率拉伸试验机，将试验箱推入慢应变速率拉伸试验机主机的两立柱之间；

步骤三、将试验箱前门打开，安装第一件拉伸试样，确保试样受力方向与慢应变速率拉伸试验机力值加载方向一致；

步骤四、合上试验箱前门，通过升降气缸使试验箱上的密封条与慢应变速率拉伸试验机台面板接触，并被压缩至一半高度；

步骤五、依次启动空气压缩机、中冷器及试验箱，设置试验箱温度T为25°C，湿度φ1为5%RH；

步骤六、待试验箱温度与湿度稳定后，设置材料慢应变速率拉伸实验的应变速率ν为10

步骤七、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤八、重复上述步骤二至四，安装第二件拉伸试样；

步骤九、为考察材料在温度T为25°C，氢压P

步骤十、待试验箱温度与湿度稳定后，设置慢应变拉伸速率ν与上述步骤六相同，开始拉伸直至断裂，测试其断后伸长率A2；

步骤十一、打开试验箱前门，取出试样，观察其断口组织，发现断口组织中具有脆性裂纹的萌生和扩展，由此判断产生氢脆断裂；

步骤十二、根据公式1

步骤十三、重复两遍上述步骤一至十二，得到三次氢脆敏感性指数测试结果

3.3 测试结果

将105 MPa模拟氢压下，7075-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表3中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

实施例4

采用与实施例1相同的实验系统和测试方法，对另一种铝合金材料，即6061-T6铝合金进行70 MPa模拟氢压下氢脆敏感性的测试。

将70 MPa模拟氢压下，6061-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表4中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

实施例5

采用与实施例2相同的实验系统和测试方法，对另一种铝合金材料，即6061-T6铝合金进行87.5 MPa模拟氢压下氢脆敏感性的测试。

将87.5 MPa模拟氢压下，6061-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表5中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

实施例6

采用与实施例3相同的实验系统和测试方法，对另一种铝合金材料，即6061-T6铝合金进行105 MPa模拟氢压下氢脆敏感性的测试。

将105 MPa模拟氢压下，6061-T6铝合金材料三次重复实验获得的A1、A2以及计算得到的相应I汇总在下表6中。

通过计算，三次氢脆敏感性指数测试结果

通过以上实施例1-6可以看出，本发明的方法能够实现铝合金材料在70MPa以上的模拟高压氢环境下氢脆敏感性的测试，该方法具有设备投入小、试验安全可靠、操作简单、测试周期短等明显优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。