KR20240081199A - 수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치 - Google Patents

수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부부재, 상부부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 중앙부재, 상부부재와 중앙부재를 연결하는 제1 연결부재, 중앙부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 하부부재 및 중앙부재와 하부부재를 연결하는 제2 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편을 제공한다.

Description

수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치 {Metal test piece for testing hydrogen embrittlement and test device for testing hydrogen embrittlement of metal including the same}
본 발명은 수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환경조성장치 및 인장시험장치와 연결되는 수소취성 금속시험편은 하면으로부터 상방으로 연장되는 딥홈을 형성하고, 딥홈에 고압 수소가 주입된 후 인장시험장치로부터 수소취성 금속시험편 및 연결장치가 길이방향으로 인장력을 받게 됨에 따라 다양한 수소환경에서 수소취성 금속시험편의 강도 또는 연신율을 측정할 수 있는 수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치에 관한 것이다.
온실가스 효과와 지구온난화 방지를 위한 CO2 배출 규제 및 자동차에서 배출되는 미세입자 저감을 위해 세계적으로 신재생에너지, 특히 수소에너지 개발이 활발하게 이루어져 오고 있다.
수소 연료전지(fuel cell, FC) 연료전지차(fuel cell vehicle, FCV)의 상용화 및 보급 확대에 따라 수소충전소 확충 및 보급에 전력을 기울이고 있다.
이러한 신재생에너지 개발의 일환으로 수소의 생산/저장/수송에 따른 재료의 안전성 확보를 위한 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 대부분은 고압 압력용기의 안전설계에 중점이 두어져 있고, 그 중에서는 특히 수소에너지 기기 재료의 수소취화(hydrogen embrittlement: HE)에 따른 역학적 특성 평가기술의 확립에 역점을 두어 연구개발이 진행되고 있다.
최근 수소에너지 사용 확대에 따라, 고압 수소가스 차량탑재 및 수소저장소 탱크, 컨테이너 및 용기에 대한 안전성 및 신뢰성을 확보하는 것은 매우 중요하다.
수소 원자는 크기가 매우 작고 고압 환경하에서 금속재료의 내부로 침투 및 확산되어 취화 현상을 일으키게 한다.
예시적으로 연료전지차(FCV)용 수소충전소의 경우, 35 MPa 혹은 70 MPa의 고압수소를 공급하고 있으며, 이들 수소의 생산, 저장 및 운송에는 다양한 구조용 및 부품 재료가 사용되고 있어서, 이들 재료의 수소취화 거동 평가가 매우 중요하다고 할 수 있다.
이에 따라 금속의 수소취화는 상온뿐만 아니라 저온 또는 고온과 같은 온도 환경에서 보다 현저하게 발생하여, 저온 및 고온 환경에서 수소취화 거동을 평가할 수 있는 시험장치의 개발이 필요하게 되었다.
따라서 연료전지차(FCV) 차량탑재 저장 탱크, 수소충전소 수소탱크 등 수소의 생산, 저장, 운송시 발생하는 취약 온도환경을 고려한 시험장치의 개발 구축 및 시험법 확립이 필요하다.
또한, 수소에너지 기기 및 부품 소재로 사용 가능한 재료 선정 시, 재료의 화학성분 및 미세조직과 사용 환경 특성(가해진 압력 및 온도 조건)이 다르기 때문에 취화거동의 파악을 위해 많은 데이터를 확보하여 장시간 사용에 따른 재료의 신뢰성을 선별 확인할 수 있는 시험법을 사용한 평가 기술의 개발 및 보급이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제 10-2154632호(2020.09.04)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수소취성 금속시험편의 하면으로부터 수직하도록 상방으로 연장되는 딥홈을 형성하는 수소취성 금속시험편이 인장시험장치 및 초저온에서 고온까지 분위기 제어가 가능한 환경조성장치에 연결되고, 수소취성 금속시험편의 내부에 형성된 딥홈에 고압 수소가 주입되며, 인장시험장치가 고압의 수소가 주입된 수소취성 금속시험편을 길이방향으로 인장시킴에 따라 다양한 온도 및 압력에 따른 다양한 수소 환경에서 수소취성 금속시험편의 강도 또는 연신율을 측정할 수 있는 수소취성 금속시험편 및 이를 포함하는 금속 수소취성 시험장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 상부부재; 상기 상부부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 중앙부재; 상기 상부부재와 상기 중앙부재를 연결하는 제1 연결부재; 상기 중앙부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 하부부재; 및 상기 중앙부재와 상기 하부부재를 연결하는 제2 연결부재;를 포함하고, 상기 상부부재, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재의 내부에는 딥홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 딥홈은 상기 상부부재의 적어도 일부, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재의 내부에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 딥홈은 상기 하부부재의 하단부터 상기 제1 연결부재의 중앙부까지 연장 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 딥홈은 상기 하부부재의 하단부터 상기 상부부재 중 상부에 위치한 부위까지 연장 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 딥홈의 지름은 2cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부부재, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재는 회전체인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 연결부재의 측부에는 소정의 곡률을 가지는 제1 곡면부가 형성되고, 상기 제2 연결부재의 측부에는 소정의 곡률을 가지는 제2 곡면부가 형성되며, 상기 제1, 2 곡면부의 곡률 반지름은 10cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부부재 및 상기 하부부재의 지름은 10cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부부재의 길이는 15cm이고, 상기 하부부재의 길이는 30cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 상기 수소취성 금속시험편의 상부 및 하부에 결합되는 한 쌍의 연결장치; 상기 한 쌍의 연결장치의 적어도 일부 및 상기 수소취성 금속시험편이 내부에 위치하고, 내부 온도를 실시간으로 측정하며, 내부를 밀폐시키는 환경조성장치; 상기 한 쌍의 연결장치와 연결되어 상기 한 쌍의 연결장치에 인장력을 공급하는 인장시험장치; 상기 한 쌍의 연결장치와 연통하고 상기 한 쌍의 연결장치로 수소를 공급하여 상기 환경조성장치의 내부 및 상기 딥홈에 수소 분위기를 조성하는 수소공급장치; 및 상기 환경조성장치, 상기 인장시험장치 및 상기 수소공급장치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 금속 수소취성 시험장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결장치는, 상기 수소취성 금속시험편과 결합되는 어댑터; 및 상기 어댑터의 내부에 결합되고 상기 딥홈 중 상기 하부부재의 내부에 형성된 딥홈과 연통하며 상기 수소공급장치로부터 공급되는 상기 수소를 상기 하부부재의 내부에 형성된 딥홈으로 이송시키는 수소공급선; 상기 하부부재와 상기 어댑터를 둘러싸도록 상기 하부부재의 외측부와 회전 결합되는 결합 부재; 및 상기 결합 부재를 둘러싸도록 결합되는 제1 하우징 및 상기 제1 하우징의 하부에 위치하는 제2 하우징을 포함하는 하우징부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결장치는 상기 수소공급선을 둘러싸는 오링을 더 포함하고, 상기 오링은 상기 어댑터와 상기 하부부재가 결합될 시 압착되어 상기 어댑터와 상기 하부부재의 사이를 밀폐시킴에 따라 상기 수소가 상기 어댑터와 상기 하부부재 사이로 누출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 어댑터는 상기 어댑터의 내부공간에 상기 하부부재의 일부가 결합됨에 따라 상기 수소취성 금속시험편에 형성된 상기 딥홈에 상기 수소가 주입된 경우 상기 수소가 상기 딥홈 외부로 누출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결장치는 상기 상부부재를 둘러싸도록 상기 상부부재의 외측부와 회전결합되는 연결 부재;를 더 포함하고, 상기 인장시험장치로부터 공급되는 상기 인장력이 인가되는 상기 연결 부재 및 상기 결합 부재에 의해 상기 수소취성 금속시험편이 인장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 기설정된 인장시험 온도 및 상기 환경조성장치의 내부 온도를 비교하여 상기 기설정된 인장시험 온도보다 상기 환경조성장치의 내부 온도가 높을 경우 상기 환경조성장치의 내부 온도를 하강시킴에 따라 상기 환경조성장치의 내부 온도가 상기 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 기설정된 인장시험 온도 및 상기 환경조성장치의 내부 온도를 비교하여 상기 기설정된 인장시험 온도보다 상기 환경조성장치의 내부 온도가 낮을 경우 상기 환경조성장치의 내부 온도를 상승시킴에 따라 상기 환경조성장치의 내부 온도가 상기 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 수소취성 금속시험편의 하면으로부터 수직하도록 상방으로 연장되는 딥홈을 형성하는 수소취성 금속시험편이 인장시험장치 및 초저온에서 고온까지 분위기 제어가 가능한 환경조성장치에 연결되고, 수소취성 금속시험편의 내부에 형성된 딥홈에 고압 수소가 주입되며, 인장시험장치가 고압의 수소가 주입된 수소취성 금속시험편을 길이방향으로 인장시킴에 따라 다양한 온도 및 압력에 따른 다양한 수소 환경에서 수소취성 금속시험편의 강도 또는 연신율을 측정할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편의 내부에 형성된 딥홈을 나타내기 위해 수소취성 금속시험편의 단면을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 수소취성 시험장치를 나타내고, 금속 수소취성 시험장치에 구비된 수소취성 금속시험편 및 연결장치를 확대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편에 어댑터 및 수소공급선이 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편 및 연결장치가 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편에 결합 부재가 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 수소취성 금속시험편(100)
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편의 내부에 형성된 딥홈을 나타내기 위해 수소취성 금속시험편의 단면을 나타낸 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수소취성 금속시험편(100)은 상부부재(110), 중앙부재(120), 제1 연결부재(130), 하부부재(140) 및 제2 연결부재(150)를 포함한다.
수소취성 금속시험편(100)의 내부에 형성된 딥홈에 후술되는 수소공급장치(500) 및 수소공급선(220)으로부터 공급되는 고압의 수소가 주입되고, 수소취성 금속시험편(100)이 후술되는 인장시험장치(300)에 연결될 시, 인장시험장치(300)가 수소취성 금속시험편(100)을 길이방향으로 인장시킴에 따라 수소에 노출된 수소취성 금속시험편(100)의 강도 또는 연신율을 측정하여 실제 발생하는 수소에 의한 금속의 파괴를 정확히 모사할 수 있다.
상부부재(110)는 원기둥 형상으로 형성되고, 측면 전체가 나사로 이루어진 볼트의 형태로 형성된다.
또한, 상부부재(110)는 인장시험 시 후술되는 연결 부재(250)와 회전 결합된다.
아울러, 예시적으로, 상부부재(110)의 길이는 15cm이고, 지름은 10cm로 형성된다.
중앙부재(120)는 상부부재(110)와 소정거리 이격되도록 배치된다.
또한, 중앙부재(120)는 원기둥 형상으로 형성되고, 중앙부재(120)의 상단은 제1 연결부재에 의해 상부부재(110)와 연결되고, 중앙부재(120)의 하단은 제2 연결부재에 의해 하부부재(140)와 연결된다.
제1 연결부재(130)는 상부부재(110)와 중앙부재(120)를 연결한다.
이러한 제1 연결부재(130)는 제1 곡면부(131)를 포함한다.
제1 곡면부(131)는 제1 연결부재(130)의 측부에 소정의 곡률을 가지도록 형성된다.
예시적으로, 제1 곡면부(131)의 곡률 반지름은 10cm로 형성된다.
하부부재(140)는 중앙부재(120)와 소정거리 이격되도록 배치된다.
또한, 하부부재(140)는 원기둥 형상으로 형성되고, 측면 전체가 나사로 이루어진 볼트의 형태로 형성된다.
여기서, 하부부재(140) 중 하부는 후술되는 어댑터(210)와 회전 결합되고, 하부부재(140) 중 상부는 후술되는 결합 부재(230)와 회전 결합된다.
아울러, 예시적으로, 하부부재(140)의 길이는 30cm이고, 지름은 10cm로 형성된다.
제2 연결부재(150)는 중앙부재(120)와 하부부재(140)를 연결한다.
이러한 제2 연결부재(150)는 제2 곡면부(151)를 포함한다.
제2 곡면부(151)는 제2 연결부재(150)의 측부에 소정의 곡률을 가지도록 형성된다.
예시적으로, 제2 곡면부(151)의 곡률 반지름은 10cm로 형성된다.
상기한 상부부재(110), 중앙부재(120), 제1 연결부재(130), 하부부재(140) 및 제2 연결부재(150)는 회전체로 형성된다.
또한, 상부부재(110), 중앙부재(120), 제1 연결부재(130), 하부부재(140) 및 제2 연결부재(150)의 내부에는 딥홈이 형성된다.
여기서 딥홈은 상부부재(110)의 적어도 일부, 중앙부재(120), 제1 연결부재(130), 하부부재(140) 및 제2 연결부재(150)의 내부에 연속적으로 형성된다.
예시적으로, 도 1을 참조하면, 딥홈은 하부부재(140)의 하단부터 제1 연결부재(130)의 중앙부까지 연장 형성된다.
또 다른 예시로, 도 2를 참조하면, 딥홈은 하부부재(140)의 하단부터 상부부재(110) 중 상부에 위치한 부위까지 연장 형성된다.
또한, 예시적으로 이러한 딥홈의 지름은 2cm로 형성된다.
2. 금속 수소취성 시험장치(700)
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 수소취성 시험장치를 나타내고, 금속 수소취성 시험장치에 구비된 수소취성 금속시험편 및 연결장치를 확대한 사진이다.
도 3을 참조하면, 금속 수소취성 시험장치(700)는 수소취성 금속시험편(100), 연결장치(200), 인장시험장치(300), 환경조성장치(400), 수소공급장치(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
연결장치(200)는 한 쌍으로 구성되며, 수소취성 금속시험편(100)의 상부 및 하부에 결합된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편에 어댑터 및 수소공급선이 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편 및 연결장치가 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이러한 연결장치(200)는 어댑터(210), 수소공급선(220), 결합 부재(230), 하우징부(240) 및 연결 부재(250)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 어댑터(210)는 중공의 육각기둥 형상으로 형성되고, 어댑터(210)의 내부가 너트로 형성되어 있다.
상기한 어댑터(210)의 내부공간에 수소취성 금속시험편(100)이 결합된다.
또한, 어댑터(210)의 하단에 수소공급선(220)이 결합되어 수소공급선(220)으로 공급되는 고압의 수소가 수소취성 금속시험편(100)에 공급될 수 있도록 한다.
아울러, 어댑터(210)의 내부공간에 하부부재(140)의 일부가 결합됨에 따라 수소취성 금속시험편(100)에 형성된 딥홈에 수소가 주입된 경우 수소가 딥홈 외부로 누출되는 것을 차단한다.
이에 따라, 어댑터(210)는 수소취성 금속시험편(100) 내부의 수소 기밀이 유지되도록 한다.
수소공급선(220)은 어댑터(210)의 내부에 결합되고, 딥홈 중 하부부재(140)의 내부에 형성된 딥홈과 연통하며, 수소공급장치(500)로부터 공급되는 수소를 하부부재(140)의 내부에 형성된 딥홈으로 이송시킨다.
이에 따라, 수소공급선(220)이 수소공급장치(500)의 수소를 수소취성 금속시험편(100) 내부의 딥홈에 고압으로 주입하여 직접적으로 수소취성 금속시험편(100)의 중심부에 수소를 노출시킴으로써 인장시험 시에 실제 수소에 의한 파괴를 정확히 모사할 수 있다.
또한, 수소공급선(220)을 둘러싸도록 오링이 형성되고, 오링은 어댑터(210)와 하부부재(140)가 결합될 시 압착되어 어댑터(210)와 하부부재(140)의 사이를 밀폐시킴에 따라 수소가 어댑터(210)와 하부부재(140) 사이로 누출되는 것을 방지한다.
아울러, 예시적으로, 수소공급선(220)은 고압 호스일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수소취성 금속시험편에 결합 부재가 결합된 것을 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 결합 부재(230)는 하부부재(140)와 어댑터(210)를 둘러싸도록 하부부재(140)의 외측부와 회전 결합된다.
도 6을 참조하면, 구체적으로, 결합 부재(230)는 원기둥 형상으로 형성되고, 측면의 하부가 나사로 이루어진 볼트의 형태로 형성되며, 지름의 크기가 다른 두 개의 원기둥이 각각의 상면과 하면이 결합된 형상으로 내부공간을 형성한다.
더욱 구체적으로, 결합 부재(230)의 내부공간은 결합 부재(230)를 길이방향으로 양분하는 부분을 기준으로 상부와 하부로 나누고, 결합 부재(230) 내부공간의 상부 및 하부는 각각 원기둥의 형상으로 형성되며, 상부는 하부부재(140)와 회전 결합되고, 하부에는 어댑터(210)가 위치한다.
여기서, 결합 부재(230)의 내부공간에 형성된 상부의 원기둥은 하부부재(140)와 결합될 수 있도록 지름이 설정되고, 하부의 원기둥은 어댑터(210)가 위치할 수 있도록 지름이 설정된다.
도 5를 참조하면, 하우징부(240)는 제1 하우징(241) 및 제2 하우징(242)를 포함한다.
제1 하우징(241)은 중공의 원기둥 형상으로 형성되고, 결합 부재(230)를 둘러싸도록 결합된다.
제2 하우징(242)은 제1 하우징(241)의 하부에 위치한다.
또한, 제2 하우징(242)은 중공의 원기둥 형상으로 형성되며, 측면에 외부로 노출되는 개구가 형성되고, 개구에 수소공급선(220)의 적어도 일부가 삽입된다.
연결 부재(250)는 상부부재(110)를 둘러싸도록 상부부재(110)의 외측부와 회전결합된다.
구체적으로, 연결 부재(250)는 원기둥의 형상으로 형성되고, 연결 부재(250)의 측면 상부가 나사로 이루어진 형태로 형성되며, 나사로 이루어진 부분에 인장시험장치(300)가 연결된다.
또한, 연결 부재(250)는 원기둥 형상으로 내부공간이 형성되고, 연결 부재(250)의 내부공간은 상부부재(110)와 결합되도록 지름이 설정되며, 너트의 형태로 형성된다.
아울러, 후술되는 인장시험장치(300)로부터 공급되는 인장력이 인가되는 연결 부재(250) 및 결합 부재(230)에 의해 수소취성 금속시험편(100)이 인장된다.
인장시험장치(300)는 한 쌍의 연결장치(200)와 연결되어 한 쌍의 연결장치(200)에 인장력을 공급한다.
도 3을 참조하면, 상기한 인장시험장치(300)는 환경조성장치(400)의 외부를 둘러싸도록 형성되고, 수소취성 금속시험편(100)과 연결되어 수소취성 금속시험편(100)을 길이방향으로 인장시킨다.
구체적으로, 인장시험장치(300)는 환경조성장치(400)를 이용하여 고온, 저온 및 초저온 등의 다양한 온도가 제공되는 환경에서, 수소공급선(220)에 의해 고압의 수소가 주입되어 수소에 노출된 상태의 수소취성 금속시험편(100)을 인장시험함에 따라 다양한 온도 및 압력에서 수소취성 금속시험편(100)의 수소취성을 시험한다.
환경조성장치(400)는 한 쌍의 연결장치(200)의 적어도 일부 및 수소취성 금속시험편(100)이 내부에 위치하고, 내부 온도를 실시간으로 측정하며, 내부를 밀폐시킨다.
또한, 환경조성장치(400)는 후술되는 제어부(600)에 의해 온도가 제어되며, 온도의 변화에 따라 수소취성 금속시험편(100)이 받는 영향을 테스트하여 수소취성 금속시험편(100)의 내구성 및 신뢰성을 확인하기 위해서 온도 조절형 챔버로 구성될 수 있다.
구체적으로, 환경조성장치(400)는 초저온에서부터 고온까지 분위기 제어가 가능하고, 다양한 온도에서 인장시험을 측정할 수 있게 하여 실제 환경에서 수소가 금속에 발생시키는 수소취성 현상을 모사함에 따라 온도에 따른 요인이 수소취성 금속시험편(100)에 미치는 영향을 분석하고 평가할 수 있도록 한다.
수소공급장치(500)는 한 쌍의 연결장치(200)와 연통하고 한 쌍의 연결장치(200)로 수소를 공급하여 환경조성장치(400)의 내부 및 딥홈에 수소 분위기를 조성한다.
제어부(600)는 인장시험장치(300), 환경조성장치(400) 및 수소공급장치(500)의 동작을 제어한다.
예시적으로, 제어부(600)는 환경조성장치(400)와 연결되어 기설정된 인장시험 온도와 환경조성장치(400)의 내부 온도를 비교한 결과에 따라 냉동기 또는 히터를 제어하여 환경조성장치(400)의 온도를 초저온에서부터 고온까지 분위기 제어가 가능하다.
구체적으로, 제어부(600)는 기설정된 인장시험 온도 및 환경조성장치(400)의 내부 온도를 비교하여 기설정된 인장시험 온도보다 환경조성장치(400)의 내부 온도가 높을 경우 냉동기를 가동시켜 환경조성장치(400)의 내부 온도를 하강시킴에 따라 환경조성장치(400)의 내부 온도가 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어한다.
또한, 제어부(600)는 기설정된 인장시험 온도 및 환경조성장치(400)의 내부 온도를 비교하여 기설정된 인장시험 온도보다 환경조성장치(400)의 내부 온도가 낮을 경우 히터를 가동시켜 환경조성장치(400)의 내부 온도를 상승시킴에 따라 환경조성장치(400)의 내부 온도가 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어한다.
이에 따라 본 발명은 고압 수소 및 초저온 액화수소 저장용기 등의 다양한 수소 환경에서 금속의 수소취화 거동의 정량적 평가가 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수소취성 금속시험편
110: 상부부재
120: 중앙부재
130: 제1 연결부재
131: 제1 곡면부
140: 하부부재
150: 제2 연결부재
151: 제2 곡면부
200: 연결장치
210: 어댑터
220: 수소공급선
230: 결합 부재
240: 하우징부
241: 제1 하우징
242: 제2 하우징
250: 연결 부재
300: 인장시험장치
400: 환경조성장치
500: 수소공급장치
600: 제어부
700: 금속 수소취성 시험장치

Claims (16)

  1. 상부부재;
    상기 상부부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 중앙부재;
    상기 상부부재와 상기 중앙부재를 연결하는 제1 연결부재;
    상기 중앙부재와 소정거리 이격되도록 배치되는 하부부재; 및
    상기 중앙부재와 상기 하부부재를 연결하는 제2 연결부재;를 포함하고,
    상기 상부부재, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재의 내부에는 딥홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 딥홈은 상기 상부부재의 적어도 일부, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재의 내부에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 딥홈은 상기 하부부재의 하단부터 상기 제1 연결부재의 중앙부까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 딥홈은 상기 하부부재의 하단부터 상기 상부부재 중 상부에 위치한 부위까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 딥홈의 지름은 2cm인 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 상부부재, 상기 중앙부재, 상기 제1 연결부재, 상기 하부부재 및 상기 제2 연결부재는 회전체인 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 연결부재의 측부에는 소정의 곡률을 가지는 제1 곡면부가 형성되고,
    상기 제2 연결부재의 측부에는 소정의 곡률을 가지는 제2 곡면부가 형성되며,
    상기 제1, 2 곡면부의 곡률 반지름은 10cm인 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 상부부재 및 상기 하부부재의 지름은 10cm인 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 상부부재의 길이는 15cm이고,
    상기 하부부재의 길이는 30cm인 것을 특징으로 하는 수소취성 금속시험편.
  10. 제1 항에 따른 수소취성 금속시험편;
    상기 수소취성 금속시험편의 상부 및 하부에 결합되는 한 쌍의 연결장치;
    상기 한 쌍의 연결장치의 적어도 일부 및 상기 수소취성 금속시험편이 내부에 위치하고, 내부 온도를 실시간으로 측정하며, 내부를 밀폐시키는 환경조성장치;
    상기 한 쌍의 연결장치와 연결되어 상기 한 쌍의 연결장치에 인장력을 공급하는 인장시험장치;
    상기 한 쌍의 연결장치와 연통하고 상기 한 쌍의 연결장치로 수소를 공급하여 상기 환경조성장치의 내부 및 상기 딥홈에 수소 분위기를 조성하는 수소공급장치; 및
    상기 환경조성장치, 상기 인장시험장치 및 상기 수소공급장치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 금속 수소취성 시험장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 연결장치는,
    상기 수소취성 금속시험편과 결합되는 어댑터; 및
    상기 어댑터의 내부에 결합되고 상기 딥홈 중 상기 하부부재의 내부에 형성된 딥홈과 연통하며 상기 수소공급장치로부터 공급되는 상기 수소를 상기 하부부재의 내부에 형성된 딥홈으로 이송시키는 수소공급선;
    상기 하부부재와 상기 어댑터를 둘러싸도록 상기 하부부재의 외측부와 회전 결합되는 결합 부재; 및
    상기 결합 부재를 둘러싸도록 결합되는 제1 하우징 및 상기 제1 하우징의 하부에 위치하는 제2 하우징을 포함하는 하우징부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 연결장치는 상기 수소공급선을 둘러싸는 오링을 더 포함하고,
    상기 오링은 상기 어댑터와 상기 하부부재가 결합될 시 압착되어 상기 어댑터와 상기 하부부재의 사이를 밀폐시킴에 따라 상기 수소가 상기 어댑터와 상기 하부부재 사이로 누출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 어댑터는 상기 어댑터의 내부공간에 상기 하부부재의 일부가 결합됨에 따라 상기 수소취성 금속시험편에 형성된 상기 딥홈에 상기 수소가 주입된 경우 상기 수소가 상기 딥홈 외부로 누출되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 연결장치는 상기 상부부재를 둘러싸도록 상기 상부부재의 외측부와 회전결합되는 연결 부재;를 더 포함하고,
    상기 인장시험장치로부터 공급되는 상기 인장력이 인가되는 상기 연결 부재 및 상기 결합 부재에 의해 상기 수소취성 금속시험편이 인장되는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는 기설정된 인장시험 온도 및 상기 환경조성장치의 내부 온도를 비교하여 상기 기설정된 인장시험 온도보다 상기 환경조성장치의 내부 온도가 높을 경우 상기 환경조성장치의 내부 온도를 하강시킴에 따라 상기 환경조성장치의 내부 온도가 상기 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기설정된 인장시험 온도 및 상기 환경조성장치의 내부 온도를 비교하여 상기 기설정된 인장시험 온도보다 상기 환경조성장치의 내부 온도가 낮을 경우 상기 환경조성장치의 내부 온도를 상승시킴에 따라 상기 환경조성장치의 내부 온도가 상기 기설정된 인장시험 온도와 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 금속 수소취성 시험장치.

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