奧地利萊奧本材料研究中心使用 HA 100 進行在氫影響下的精準材料分析
個案探討
- 客戶： Materials Center Leoben Forschung GmbH
- 地點：澳洲萊奧本
- 產業： 研究機構及學術界、金屬、合約測試
- 主題： 奧地利萊奧本材料研究中心 MCL： 在氫影響下的材料及元件測試
Materials Center Leoben Forschung GmbH
MCL 材料研究中心奠定了材料測試的新標準
奧地利萊奧本材料研究中心（MCL）是材料科學領域的主要研究機構，專門從事工業應用創新材料的開發、優化及表徵。 MCL 成立於 1999 年，是一家有限責任公司，創立之初的定位就是要成為業界強而有力的合作夥伴。 經營者體現出其堅實的學術根基： 萊奧本礦業大學 (Montanuniversität Leoben)、Joanneum Research、Leoben Holding、奧地利科學院 (Austrian Academy of Sciences)、維也納科技大學 (Vienna University of Technology) 以及格拉茲科技大學 (Graz University of Technology)。 作為材料及表面能力中心，MCL 支持其合作夥伴開發高性能與永續材料，特別是在微電子、機械工程、航太及能源技術等領域。
一個關鍵的研究領域就是分析材料的氫相容性。 作為一種環境友善的能源，氫氣可能會造成材料的微觀結構傷損，進而影響其機械性質。 因此，MCL 專注於研究氫氣與材料的相互作用以及因氫氣暴露引起的相關材料變化。 依據得到的結果，正在開發優化材料的方法以及富含氫氣環境中元件安全設計的方法。
MCL 另亦經營一個取得 ISO IEC 17025 認證的測試實驗室，涵蓋對金屬材料的機械測試而言最重要的測試方法，例如硬度測試、拉伸測試、破壞韌性、疲勞裂紋成長及疲勞測試。 MCL 還提供數值模擬及以模型為基礎的材料開發解決方案，以準確預測材料行為並提高製程效率。 失效分析及材料分析是及早發現潛在弱點與提高元件耐用性的關鍵。 透過跨學科的專業知識及與業界和科學界的密切合作，該研究機構為開發未來的創新及永續材料解決方案帶來重大的貢獻。
任務
精準的調查在氫影響下的破壞行為
MCL Forschung GmbH 提供重要的材料資料，以支持科學界與業界開發適合氫氣應用的材料。聚焦於研究各種材料特別是金屬在與氫接觸時的損傷行為（材料變化、裂縫形成及裂紋延展）。
透過在不同壓力及溫度條件下進行全面的表徵，MCL 材料研究中心模擬真實的應用情況，例如針對氫氣管道及儲存槽製造商的應用情況。其調查裂紋的發展、成長，以及對材料抗裂性的影響。
得到的資料對於開發滿足氫氣基礎設施要求之安全且耐用的材料而言至關重要。 發電及運輸等產業的客戶皆可因這些結果而受益，可用這些發現來改善他們的產品。MCL 材料研究中心積極支持創新氫氣技術解決方案的進一步開發及探尋。
ZwickRoell 解決方案
電液伺服試驗機 HA 100
專為 MCL 打造的 HA 100 電液伺服試驗機用於對在氫影響下的材料進行表徵。 HA 100 配備整合式高壓釜，可承受高達 400 bar 的壓力且溫度範圍介於 -50 °C 至 +150 °C 之間。這台試驗機可精準量測力量與伸長率，亦可利用直流電位法進行精準的現場測量裂紋伸長率。電流通過試樣，測量裂紋延展導致的電位變化，進而精準地判定裂紋擴展。
此一特殊的設備讓 MCL 材料研究中心得以執行準靜態、破壞力學及疲勞測試（HCF, LCF），且在試件尺寸方面具有很高的靈活性。為準確地進行測試，重要一點的是所有的測量感測器（例：力量、缺口擴展、應變以及現場裂紋長度量測）都要能可靠地量測，且即使在極端條件下（例：高壓、高溫）仍具有最高的精度。 我們特別注重這方面，像是在低力量及高力量範圍內的壓力補償高精度力量量測，因此該系統亦可滿足與此等感測器準確度有關的所有標準要求。
為實現非常精準的裂縫長度量測，除了常用的順應性法 (compliance method) 外，亦可使用 MCL 已建立多年的直流電位降法 (DCPD, direct current potential drop)。 此可確保非常精準、可靠且安全的裂紋長度量測，而這對於複雜的破壞力學測試（J-R 曲線及疲勞裂縫成長）而言至關重要。 在為試驗機配備軟體時，重點是要能確保可執行對金屬材料測試而言最重要的標準化測試方法並進行評估，包括拉伸測試、破壞韌性量測、疲勞裂紋成長以及控制應變的疲勞測試。
由於上述的具體設備，HA 100 是氫氣技術研發與測試服務的完整解決方案。 因而能為 MCL 材料研究中心開發未來安全且高效的材料提供支援。
測試結果
高效且精準的材料測試
借助 HA 100，MCL 現在能在高壓氫氣及其他氫氣混合物下進行複雜的機械測試，測試溫度範圍介於 -50 °C 至 150 °C 之間。此高精度測試系統解決方案讓 MCL 能夠專注於氫影響下的破壞力學等研究，同時成功地掌握與氫氣影響有關的挑戰。
憑藉材料測試領域近 25 年的經驗，MCL 材料研究中心已擁有豐富的方法學專業知識。 MCL 另亦經營一個取得 ISO IEC 17025 認證的測試實驗室，目前可執行機械測試領域的 18 種測試程序，確保使用標準化測試程序提供高品質且可靠的測試。 MCL 材料研究中心還計劃將氫氣環境測試方法納入認證範圍。透過使用了 HA100，MCL 材料研究中心現在已相當具有競爭優勢。 原因： 多年來標準測試程序的經驗現在也可以立即應用到氫氣環境中，進而提高服務的效率及成本效益。 MCL 還能提供快速且可靠的結果，並協助客戶開發更安全、性能更好的材料及產品。 因此，MCL 已經做好充分的準備，能夠滿足業界不斷成長的需求並推動創新材料的發展。
「高精度與靈活性相結合讓我們能在氫氣的影響下以高效且精準的方式執行複雜的測試，並開發創新的材料解決方案。」
Stefan Marsoner 博士，
Materials Center Leoben Forschung GmbH 材料與服務部門主管。
