CN118050304A - 磁材料的氢腐蚀试验评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法及装置。所述氢腐蚀试验评价方法包括：在密闭定容的条件下，保持设定温度，使磁材料处于设定压力的氢气氛围中进行氢腐蚀；过程中，同步测量磁材料所处的气氛中的氢气压力以及磁材料的性质变化；基于氢气压力的变化和磁材料的性质变化的同步分析，评价氢腐蚀过程。本发明提供了一种研究稀土永磁材料在氢气环境下损伤情况的加速试验方法，通过加速试验，模拟稀土永磁材料在氢气环境下的磁体损伤和磁性能衰减状况，并且效率高、实时性强，对材料腐蚀状态的反应更加准确，不受其他过程的干扰；通过该试验方法，可以开发针对稀土永磁体的氢防护材料，用于对氢气环境下服役的稀土永磁体进行保护。

Description

磁材料的氢腐蚀试验评价方法及装置

技术领域

本发明涉及磁性材料测试技术领域，尤其涉及一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法及装置。

背景技术

随着氢能的发展，高性能的稀土永磁材料会出现暴露在氢环境出现失效的情况，为了了解稀土材料在氢气环境下的腐蚀情况，开发耐氢气环境下的防护薄膜，需要研究氢环境下磁体的损伤。

参见诸多现有技术方案，对材料的耐腐蚀性能进行模拟实验是了解材料在特定环境下的腐蚀变化过程的有效手段。一些现有技术涉及到了磁材料的氢腐蚀测试，然而这些现有技术均指示了间歇式的测试方式，需要在一次老化循环之后取出材料进行表征测量，这不仅效率低下，并且还无法实时地反映磁材料的变化趋势，更关键的是取出材料时由于涉及到气压变化和环境变化，也容易对材料本身性质的变化产生干扰。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法及装置。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法，其包括：

在密闭定容的条件下，保持设定温度，使所述磁材料处于设定压力的氢气氛围中进行氢腐蚀；

在所述氢腐蚀的过程中，同步测量所述磁材料所处的气氛中的氢气压力以及所述磁材料的性质变化；

基于所述氢气压力的变化和所述磁材料的性质变化的同步分析，评价所述磁材料的氢腐蚀过程。

第二方面，本发明还提供一种磁材料的氢腐蚀试验评价装置，其包括：

定容容器，用于容纳所述磁材料并提供处于设定温度和设定压力下的氢气氛围；

氢气压力检测器，设置于所述定容容器的容器壁上，用于检测所述定容容器中的氢气压力变化；

磁通量检测线圈，围绕所述定容容器设置，用于检测所述定容容器和所述磁材料的组合体的磁通量。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明提供了一种研究稀土永磁材料在氢气环境下损伤情况的加速试验方法，通过加速试验，模拟稀土永磁材料在氢气环境下的磁体损伤和磁性能衰减状况，并且效率高、实时性强，对材料腐蚀状态的反应更加准确，不受其他过程的干扰；通过该试验方法，可以开发针对稀土永磁体的氢防护材料，用于对氢气环境下服役的稀土永磁体进行保护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1a是本发明一典型实施案例提供的磁材料吸氢及磁通变化规律测试图；

图1b是本发明一典型实施案例提供的磁材料在另一设定压力条件下的吸氢及磁通变化规律测试图；

图2是本发明另一典型实施案例提供的磁材料在不同设定温度下的吸氢及磁通变化规律测试图；

图3a是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎过程中的压力变化测试图；

图3b是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的碎片粒径分布测试图；

图4a是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的第一尺寸碎片的电镜照片；

图4b是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的第二尺寸碎片的电镜照片；

图4c是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的第三尺寸碎片的电镜照片；

图4d是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的第四尺寸碎片的电镜照片；

图5是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的大尺寸碎片的表面放大电镜照片；

图6是本发明又一典型实施案例提供的磁材料彻底破碎后的小尺寸碎片的表面放大电镜照片。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等做进一步的解释说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明实施例提供一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法，其包括如下的整体步骤：

在密闭定容的条件下，保持设定温度，使所述磁材料处于设定压力的氢气氛围中进行氢腐蚀。

在所述氢腐蚀的过程中，同步测量所述磁材料所处的气氛中的氢气压力以及所述磁材料的性质变化。

基于所述氢气压力的变化和所述磁材料的性质变化的同步分析，评价所述磁材料的氢腐蚀过程。

作为上述技术方案的典型实施案例，本发明实施例所涉及到的一种稀土永磁材料氢腐蚀试验的评价方法在实际实施过程中可以包括以下的具体步骤：

步骤1、取试验所需的稀土永磁材料，将样品表面通过砂纸打磨掉其表面的氧化物，将处理过的样品放入反应釜之中。

步骤2、将反应釜所连接的真空泵打开，打开反应釜抽真空的阀门，将反应釜抽至真空，待反应釜示数显示为真空，将反应釜抽真空阀门关闭，充入2到5个大标准气压的氩气，然后关闭氩气进气阀，打开反应釜抽真空的阀门继续进行抽真空。重复这个洗气过程确保抽真空过程中反应釜内所残留的气体为对试验不会造成影响的氩气。一般重复3次。

步骤3、将经过洗气的反应釜抽至真空，然后关闭反应釜抽真空的阀门，设定试验所需要的温度。

步骤4、待反应釜升至试验所需的温度，充入氢气至所需的压力后关闭进气阀。

在一些实施方案中，所述性质变化包括所述磁材料的磁通量，以及可选择地包括所述磁材料的形貌变化。

在一些实施方案中，所述磁材料处于定容容器中进行所述氢腐蚀，所述磁通量的测试方式为：在测量线圈中测试所述定容容器与磁材料的组合体的磁通量。

在一些实施方案中，所述定容容器为透磁材料。

而通过这种实施方式，能够在外部实时监控磁体材料的磁通量变化，配合气压变化的监控，得到实时对应的吸氢-老化对应曲线，从而能够最准确及时地反映吸氢量与老化程度的相关关系，获得最具有参考性的试验结果。

作为上述技术方案的典型实施案例，本发明所提供的加速试验方法优选在实验过程中并不将样品取出，而是将反应釜等硬质容器在高温条件下一同放入测量线圈中对磁通进行测量。反应釜尽量选择透磁材料，如果产生屏蔽，可视为系统误差，不影响对吸氢后磁体损伤趋势的判断。实验过程中可以对样品磁通进行测量，通过磁通变化分析吸氢过程；也可以对反应釜中的氢气压力进行测量，通过反应釜中氢气压力随时间是变化分析磁体吸氢过程；也可以通过声发射对反应釜内磁体破裂过程进行监控；样品实验结束后，可以对其破碎后碎块进行微观组织分析，判断其破碎过程。

由此，在一些实施方案中，所述形貌变化可以包括所述磁材料是否破碎以及破碎程度。

在一些实施方案中，所述形貌变化以及所述形貌变化的程度可以通过声发射的方式进行测量。

更具体的，在一些实施方案中，所述氢腐蚀试验评价方法还可以包括如下步骤：

对所述磁材料破碎后的碎块进行微观组织分析，判断其破碎过程。

在一些实施方案中，所述微观组织分析包括粒径分布情况分析以及微观形貌表征。

而关于具体的实施条件，在一些实施方案中，在所述氢腐蚀的过程中，温度和/或所述氢气压力的采样频率不低于1次/min。

在一些实施方案中，所述磁材料的性质变化的测量间隔时间为1-15min。

在一些实施方案中，所述设定温度的范围为室温(例如常温，15-35℃)-300℃，更优选为100-300℃。

在一些实施方案中，所述设定压力的范围为1-10个大标准气压。

在一些实施方案中，所述还可以氢腐蚀试验评价方法具体包括如下对磁材料进行前处理的步骤：

对所述磁材料进行表面打磨和清洁。

以及，对所述磁材料周围气氛进行循环充气-抽真空，以置换所述磁材料周围气体，然后通入氢气以达到所述设定压力。

对应于上述氢腐蚀试验评价方法，本发明实施例的第二个方面还提供了一种磁材料的氢腐蚀试验评价装置，其包括：

定容容器，用于容纳所述磁材料并提供处于设定温度和设定压力下的氢气氛围。

氢气压力检测器，设置于所述定容容器的容器壁上，用于检测所述定容容器中的氢气压力变化。

磁通量检测线圈，围绕所述定容容器设置，用于检测所述定容容器和所述磁材料的组合体的磁通量。

以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

本实施例示例一饱和充磁的烧结钕铁硼磁体在纯氢气下的磁通随时间的变化研究，具体如下所示：

选择已经饱和充磁的磁体，用1000的砂纸进行打磨，打磨至表面光亮之后，用酒精清洗，最后用吹风机将样品表面吹干。

将处理好的样品放入反应釜，反应釜内部容积为250ml，将反应釜所连接的真空泵打开，打开反应釜抽真空的阀门，将反应釜抽至真空，待反应釜示数显示为真空，将反应釜抽真空阀门关闭，充入2到5个大标准气压的氩气，然后关闭氩气进气阀，打开反应釜抽真空的阀门继续抽真空，对腔体内部进行清洗，这个过程确保抽真空过程中反应釜内所残留的气体不会对试验造成干扰，洗气过程持续3次。

将反应釜设定到实验温度100℃，打开反应釜进气阀，通入氢气直至压力分别为5大气压和10大气压，关闭进气阀。腔内温度和压力采集间隔不大于1次/分钟，磁通数据测量每隔10分钟测一次，实验结束后获得磁通随时间和气压的变化图，从而分析磁体在氢气环境下的磁性能随时间的变化。

所获得的测试结果分别如图1a和图1b所示，可以看出，磁材料在氢气环境下并非线性吸氢老化的，而是存在一个非常明显的突然吸氢并伴随着磁通量的迅速下降，此外，在不同气压环境下，磁材料的吸氢量突变出现时间有所差异，气压较低者的吸氢突变时间较长。

若采用取样测试的方式，则无法精细地获得上述突变的规律，并且，取样后进行磁通测量还涉及到温度变化和气氛环境的变化，这会显著地干扰老化过程，导致结果不准确，无法获得如图1a和图1b所示的精细化老化突变曲线。而本实验采用原位测量磁通的衰减，可以判断出氢对磁体的损伤和破坏的动态过程。相比一般仅通过对最终氢损伤的磁体样品形貌做分析，可得到的有用信息大大增加。同时，该原位测量方法实施起来相对简单，很容易推广并实现标准化。

实施例2

本实施例示例一充磁的Sm₂Co₁₇磁体在180℃、200℃，5大气压氢气环境下吸氢损坏的研究，具体如下所示：

选择充磁的Sm₂Co₁₇磁体样品，用1000的砂纸进行打磨，打磨至表面光亮之后，用酒精清洗，最后用吹风机将样品表面吹干。

将处理好的样品放入反应釜，将反应釜所连接的真空泵打开，打开反应釜抽真空的阀门，将反应釜抽至真空，待反应釜示数显示为真空，将反应釜抽真空阀门关闭，充入2到5个大标准气压的氩气，然后关闭氩气进气阀，打开反应釜抽真空的阀门继续进行抽真空，这个过程确保抽真空过程中反应釜内所残留的气体为对试验不会造成影响的氩气。洗气过程持续3次。

将反应釜设定到实验所需的温度，(本次实验所选的实验参数分别为温度180℃、200℃，压力为5大气压)，将反应釜采集数据的间隔为每分钟一次。待反应釜升至实验所需的温度180℃、200℃，然后测量样品的初始磁通量，然后打开氢气瓶，调节输出氢气的输出压力至5大气压的压力，打开反应釜进气阀，至反应釜压力达到所需的压力，关闭进气阀。在氢气充入进去之后，调节反应釜内氢气的压力，通过排气阀和进气阀的调节，使得反应釜压力在180℃、200℃时为5大气压。

然后进行实验。腔内温度和压力采集间隔不大于1次/分钟，磁通数据测量每隔10分钟测一次，实验结束后获得磁通和气压随时间的变化图，从而分析磁体在氢气环境下的磁性能随时间的变化，其结果如图2所示，同样表现出了突变规律，需要本发明所提供的实时反馈的方式来准确地反映该规律才能够得到准确的变化关系。

实施例3

本实施例示例Sm₂Co₁₇磁体，在200℃、10大气压充氢实验破损后碎块形貌研究待实验结束后取出样品碎片，采用将样品碎片进行分类，利用扫描显微镜进行微观形貌分析。

待测样品Sm₂Co₁₇放入反应釜内，进行实验。将反应釜所连接的真空泵打开，打开反应釜抽真空的阀门，将反应釜抽至真空，待反应釜示数显示为真空，将反应釜抽真空阀门关闭，充入2到5个大标准气压的氩气，然后关闭氩气进气阀，打开反应釜抽真空的阀门继续进行抽真空，这个过程确保抽真空过程中反应釜内所残留的气体为对试验不会造成影响的氩气。洗气过程持续3次。

将反应釜设定到实验所需的温度，(本次实验所选的实验参数为温度200℃，压力为10大气压)，将反应釜采集数据的间隔为每分钟一次。待反应釜升至实验所需的温度200℃，然后测量样品的初始磁通量，然后打开氢气瓶，调节输出氢气的输出压力略大于10大气压的压力，打开反应釜进气阀，至反应釜压力达到所需的压力，关闭进气阀。微调反应釜内氢气的压力，通过排气阀和进气阀的调节，使得反应釜压力在200℃时为10大气压。

然后观察气压突降表明内部已经破碎的时间，如图3a所示。由于样品差异，可以一次放置多个样品，或者多次试验然后将碎片集中统计。本次采用3个样品同时测量。在实验结束后，将多个粉碎后的样品的碎片集中在一起进行筛分，观察分析破碎粉体的形貌，得到磁体氢破碎的一般分布规律图3b所示。

利用电子显微镜观察不同尺寸碎片形貌，不同尺寸的碎片的低倍率照片如图4a-图4d所示。可以发现，如图5所示的大块磁体以穿晶断裂为主而小尺寸碎块中沿晶断裂的比例提高，可以推断磁体主体的破坏形式是由于磁体吸收氢后产生应力，导致磁体的整体开裂，而如图6所示，新鲜开裂的磁体表面层由于吸氢产生沿晶界的解理，是小尺寸磁体破碎的主要原因。

本实施例中，对于碎片的收集和测试是在磁体完全破碎后立即排除气氛，并进行碎片收集测试，这也依赖于实时测试的技术手段，若无法及时反馈磁体的变化情况，则难以及时取出已破碎的磁体，此时大尺寸的碎片依然会继续发生氢腐蚀而且氢腐蚀速度加速，取样后的表征结果往往会干扰对破碎解理过程的理解和氢腐蚀速率的估算。

基于上述实施案例，可以明确，本发明实施例提供的一种研究稀土永磁材料在氢气环境下损伤情况的加速试验方法，通过加速试验，模拟稀土永磁材料在氢气环境下的磁体损伤和磁性能衰减状况，并且效率高、实时性强，对材料腐蚀状态的反应更加准确，不受其他过程的干扰；通过该试验方法，可以开发针对稀土永磁体的氢防护材料，用于对氢气环境下服役的稀土永磁体进行保护。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁材料的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，包括：

在密闭定容的条件下，保持设定温度，使所述磁材料处于设定压力的氢气氛围中进行氢腐蚀；

在所述氢腐蚀的过程中，同步测量所述磁材料所处的气氛中的氢气压力以及所述磁材料的性质变化；

基于所述氢气压力的变化和所述磁材料的性质变化的同步分析，评价所述磁材料的氢腐蚀过程。

2.根据权利要求1所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，所述性质变化包括所述磁材料的磁通量，以及可选择地包括所述磁材料的形貌变化。

3.根据权利要求2所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，所述磁材料处于定容容器中进行所述氢腐蚀，所述磁通量的测试方式为：在测量线圈中测试所述定容容器与磁材料的组合体的磁通量；

优选的，所述定容容器为透磁材料。

4.根据权利要求2所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，所述形貌变化包括所述磁材料是否破碎以及破碎程度；

优选的，所述形貌变化以及所述形貌变化的程度通过声发射的方式进行测量。

5.根据权利要求1所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，还包括：

对所述磁材料破碎后的碎块进行微观组织分析，判断其破碎过程。

6.根据权利要求5所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，所述微观组织分析包括粒径分布情况分析以及微观形貌表征。

7.根据权利要求1所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，在所述氢腐蚀的过程中，温度和/或所述氢气压力的采样频率不低于1次/min；

和/或，所述磁材料的性质变化的测量间隔时间为1-15min。

8.根据权利要求1所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，所述设定温度的范围为室温-300℃；

和/或，所述设定压力的范围为1-10个大标准气压。

9.根据权利要求1所述的氢腐蚀试验评价方法，其特征在于，具体包括：

对所述磁材料进行表面打磨和清洁；

以及，对所述磁材料周围气氛进行循环充气-抽真空，以置换所述磁材料周围气体，然后通入氢气以达到所述设定压力。

10.一种磁材料的氢腐蚀试验评价装置，其特征在于，包括：

定容容器，用于容纳所述磁材料并提供处于设定温度和设定压力下的氢气氛围；

氢气压力检测器，设置于所述定容容器的容器壁上，用于检测所述定容容器中的氢气压力变化；

磁通量检测线圈，围绕所述定容容器设置，用于检测所述定容容器和所述磁材料的组合体的磁通量。