一种高强钢氢致塑性损失的高通量评价方法技术

技术编号：41196812 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-07 22:25

本发明专利技术属于金属材料服役性能检测评价技术领域，具体为一种高强钢氢致塑性损失的高通量评价方法，利用扩散多元节制备高强钢成分梯度样品，利用聚焦离子束微纳加工技术在样品成分梯度扩散区域加工出微柱。利用电化学预充氢方法，将氢充入到样品微柱中，利用原位纳米力学测试系统进行微柱压缩，获取微柱充氢前后样品的力学性能变化，进而获得高强钢扩散多元节不同成分区域的氢致塑性损失性能。本发明专利技术能够实现同时对多种成分材料样品的高通量评价，提高了评价方法的效率。通过观察氢对扩散多元节样品的力学性能变化，综合评价高强钢氢致塑性损失敏感性，提供可靠的评价结果，有利于指导高强抗氢致塑性损失钢的设计。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料服役性能检测评价，具体为一种高强钢氢致塑性损失的高通量评价方法，更具体的，涉及一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法。

技术介绍

1、无论在高强钢的冶炼、轧制、热处理、焊接以及电镀等生产制备过程中，还是在储运、服役过程中，高强钢的氢致塑性损失始终是制约其发展应用的重要瓶颈。并且，高强钢的强度越高，氢致塑性损失敏感性也越大，危害也越严重，高强度势必带来使役过程中更高的氢致塑性损失风险，由此产生的瓶颈制约作用也日益凸显。

2、高强钢在氢环境中易发生氢致塑性损失现象，这对其在工程和工业应用中的可靠性和耐久性产生了严重影响。因此，高效评价高强钢的氢致塑性损失敏感性，并开发相应的预防和修复措施对于确保材料性能和应用的可靠性至关重要。然而，传统的氢致塑性损失敏感性评价方法需要耗费大量时间和资源，且通常只能针对单一成分样品进行测试，限制了高效评价的实现。

3、随着理论计算（如第一性原理计算、分子动力学模拟等）和实验表征（如三维原子探针技术、原位透射电镜技术）的日益发展壮大，对氢致塑性损失有了新的更广更深入的认识和理解，为氢致塑性损失评价提供了强有力的支持保障。不同微合金的成分设计能够有效提升高强钢的抗氢致塑性损失性能，因此有必要对具有一定范围内微合金成分的高强钢进行设计、制备，最终高效评价和筛选出具有优异抗氢致塑性损失性能的高强度钢。因此，针对现有技术缺陷，本专利技术提出一种更加高效的、能够同时对具有系列成分梯度的高强钢样品的氢致塑性损失敏感性进行测试的高通量评价方法。</p>

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提出一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法。本专利技术提供了如下技术方案：

2、一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，包括如下步骤：

3、s1、利用扩散多元节制备高强钢成分梯度样品；

4、s2、利用聚焦离子束微纳加工技术在扩散多元节样品成分梯度扩散区域加工出系列微柱；

5、s3、利用电化学预充氢方法，将氢充入到微柱中；

6、s4、利用原位纳米力学测试系统进行微柱压缩，获取微柱充氢前后样品的力学性能变化；

7、s5、通过观察氢对样品力学性能的变化，综合评价高强钢氢致塑性损失敏感性。

8、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，高强钢成分梯度样品的元素扩散距离≥200 μm。

9、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，微柱的高径比为2:1，由于样品强度较高，为了避免在设备最大压力下微柱不断，微柱直径为2~5 μm，微柱锥度控制在2~3°，以尽量保持圆柱状结构。

10、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，电化学预充氢的溶液为含有0.25 g/l硫脲的浓度为0.1 mol/l的naoh水溶液。

11、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，充氢电流密度为1~5 ma/cm²，充氢时间为12~24 h。

12、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，微柱压缩采用配备5~10 μm直径平压头的ft-nmt04原位纳米力学测试系统。

13、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，微柱压缩的参数为：位移测试范围0.05 nm~10 μm，载荷测试范围为0.5 nn~200 mn，加载速率为20 nm/s，加载至微柱断裂后保载1 s，随后卸载。

14、作为本专利技术所述的一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，通过载荷-位移曲线得到样品的力学性能变化。

15、本专利技术的有益效果如下：

16、本专利技术提出一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，利用扩散多元节制备高强钢成分梯度样品，利用聚焦离子束微纳加工技术在样品特定区域加工出微柱，利用电化学预充氢方法，将氢充入到微柱中，利用原位纳米力学测试系统进行微柱压缩，高效获取微柱充氢前后样品的力学性能变化。本专利技术利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩进行高强钢样品高通量氢致塑性损失评敏感性评价，能够实现同时对一系列梯度成分材料样品的高通量评价，提高了评价方法的效率。通过观察氢对样品的力学性能变化，综合评价高强钢氢致塑性损失敏感性，提供更可靠的评价结果，改善评价的准确性，并最终指导高强抗氢致塑性损失钢的合金设计。

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【技术保护点】

1.一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S1中，高强钢成分梯度样品的元素扩散距离≥200 μm。

3.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S2中，微柱的高径比为2:1，微柱直径为2~5 μm，微柱锥度控制在2~3°。

4.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S3中，电化学预充氢的溶液为含有0.25 g/L硫脲的浓度为0.1 mol/L的NaOH水溶液。

5.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S3中，充氢电流密度为1~5 mA/cm²，充氢时间为12~24 h。

6.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步

7.根据权利要求6所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S4中，微柱压缩的参数为：位移测试范围0.05 nm~10 μm，载荷测试范围为0.5 nN~200 mN，加载速率为20 nm/s，加载至微柱断裂后保载1 s，随后卸载。

8.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过载荷-位移曲线得到样品的力学性能变化。

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【技术特征摘要】

1.一种利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤s1中，高强钢成分梯度样品的元素扩散距离≥200 μm。

3.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤s2中，微柱的高径比为2:1，微柱直径为2~5 μm，微柱锥度控制在2~3°。

4.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性损失的方法，其特征在于，所述步骤s3中，电化学预充氢的溶液为含有0.25 g/l硫脲的浓度为0.1 mol/l的naoh水溶液。

5.根据权利要求1所述的利用扩散多元节和纳米压痕微柱压缩表征高强钢氢致塑性...

【专利技术属性】
技术研发人员：石荣建，董恒，吴宏辉，商春磊，熊希临，庞晓露，毛新平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：

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