护航碳达峰碳中和丨氢能材料物性测试都在这里！

导读

国家能源局发布《中国氢能发展报告（2025）》，2024年中国氢能产业在技术攻关与国际协作上获得诸多进展，已进入持续技术创新、加强试点示范、破局产业规模的关键阶段。构建“气—液—固”多形态储运体系，将有效降低氢气运输成本，为近期氢能区域内优化调度和远期跨区域资源配置奠定基础。在氢能技术的产业化进程中，高度依赖关键材料在极端工况（高压、低温、电化学腐蚀）下的可靠表现。从储氢罐的抗氢脆能力、低温工况适应性到部件动态工况下稳定性，每一个物性参数都直接牵动系统安全性与商业化前景。因此氢能材料物性测试是氢能技术产业化不可或缺的核心环节，其意义可归结为“锁定安全底线、突破性能上限、穿越寿命瓶颈”三大维度，直接决定氢能系统能否从实验室走向规模化应用。今天我们来分享岛津试验机在氢能源材料领域中的测试与应用。

岛津方案

  • 高温高压氢气环境下的材料强度测试

氢气储运需要高压容器设备，安全作为重要的考虑因素，比如容器的材料在不同温度、不同压力的力学性能，例如给试验片施加载荷的拉杆与高压容器的密封部分的滑动性、阻力等参数的测量。

图1. EHF液压伺服疲劳试验机高温高压氢气环境下的材料强度试验工况

表1.高温高压氢气环境下的材料强度试验条件

  • 中空样品高压氢气环境的材料强度测试

相对于使用高压容器的方法，此试验氢气的消耗是微量的，因此具有不需要大规模安全防护如防爆装置等的优势。另外，通过与环境箱组合，能够简便地得到-50°C以下的高压氢环境的材料特性。一般使用圆棒拉伸的样品，也可用于在试验片内制作高压氢以外的环境或其他形状的样品关于采用中空试验片方法的高压氢环境材料强度试验，作为此简便的材料评估方法《ISO 7039:2024 金属材料.拉伸试验.材料对空心试件内高压气体影响的敏感性的评价方法》于2024.7.31日正式实施。

图2.液压疲劳试验机中空样品试验工况和试样规格尺寸

  • 液氢浸润后材料强度试验测试

将多层真空绝热型低温箱安装在主机上，可进行在液氦、液氢浸润中的材料强度试验。通过结合材料试验机，可以进行静态拉伸试验、弯曲试验以及基于CT样品的断裂韧性试验的疲劳测试。但由于上述试验使用的氢气量很大，因此需要结合完善的安全措施。

图3.液氢浸润后材料强度试验评价

  • 其他氢气环境材料强度试验

向水溶液中插入电极，通过电解产生的氢气进行环境下SSRT(Slow Strain Rate Test)试验(在氢气环境下缓慢的拉伸应变)，来进行燃料电池容器及配管构件的氢催化(缓慢破坏)的评价。缓慢破坏是由于钢材的腐蚀产生的，可以认为是吸收的微量发散氢的原因在测试环境中通过长时间的腐蚀而对样品表面形成破坏。

图4. 燃料电池容器及配管构件的氢催化(缓慢破坏)的评价

结语

氢能源相关材料测试除了上述特殊应用外，其在生产、运输、存储、使用过程中，需要使用到金属、复合材料、塑料橡胶等材料，均需要进行静态、动态力学性能测试与研究，氢能材料物性测试不仅是技术门槛，更是产业生命线。它让氢能系统从“能用”走向“敢用”。

  • 对政府：是制定安全红线的科学依据；

  • 对企业：是降本增效的核心工具；

  • 对用户：是消除“氢恐惧”的关键保障。

没有经得起极限验证的物性材料数据，就没有真正的氢能时代。

岛津试验机产品线丰富，涵盖静态、疲劳、硬度、粘度、超声波光探伤等产品，能很好对应氢能源领域测试需求，助推氢能产业结构优化升级，实现绿色发展。

 

本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

作者: 
杨汉章
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EHF-JF系列电液伺服器
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