氫脆的研究由來已久，各國學者對其在各種環境下的產生原理及過程有著廣泛而深入的探索。J.Woodtli等學者研究了氫脆現象和應力腐蝕開裂現象的特征及破壞作用；M.V.Biezma等學者探討了氫在微生物腐蝕環境下對于應力腐蝕開裂過程的影響，結果表明在此環境下，氫脆和應力腐蝕使材料力學性能的下降，并且兩者之間有協同作用；R.A.Oriani等學者在氫的作用導致材料性能降低方面進行了研究，實驗重點考察了吸收和解吸作用對氫滲透電流的影響，建立了一種新型的氫滲透數據處理模型。


  隨(sui)著氫(qing)脆(cui)理(li)(li)(li)論的(de)完善，很多(duo)學(xue)(xue)者將(jiang)理(li)(li)(li)論與實(shi)際結合(he)起來，在(zai)工程應用(yong)中探討(tao)氫(qing)脆(cui)現象的(de)發(fa)生(sheng)機理(li)(li)(li)。在(zai)石(shi)油化(hua)工行業中，氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂(lie)(lie)事故在(zai)設備(bei)及管(guan)(guan)道(dao)中時有(you)(you)發(fa)生(sheng)，氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂(lie)(lie)屬于低(di)應力脆(cui)性(xing)破壞的(de)一種，斷裂(lie)(lie)前很少出現宏觀上的(de)塑性(xing)變形(xing)，發(fa)生(sheng)時往往沒有(you)(you)征兆，而生(sheng)產(chan)過程中的(de)物(wu)料多(duo)具有(you)(you)腐蝕性(xing)質(zhi)，因此學(xue)(xue)者們將(jiang)主要研究(jiu)方向放在(zai)了設備(bei)管(guan)(guan)線內(nei)部介質(zhi)對鋼材的(de)氫(qing)脆(cui)機理(li)(li)(li)上。例如，盧志明等學(xue)(xue)者研究(jiu)了含有(you)(you)硫化(hua)氫(qing)的(de)介質(zhi)對于16MnR鋼的(de)應力腐蝕斷裂(lie)(lie)敏(min)感性(xing)。


  在大氣腐蝕方面，學(xue)者們主要研究(jiu)了(le)大氣腐蝕中(zhong)陰極過程的(de)(de)(de)氧還(huan)原對(dui)于(yu)(yu)鋼材的(de)(de)(de)腐蝕，卻忽(hu)略了(le)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)還(huan)原，所以關(guan)于(yu)(yu)大氣環境中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆現象(xiang)的(de)(de)(de)研究(jiu)并(bing)不多見。室內實(shi)驗證實(shi)，用蒸餾水濕(shi)(shi)潤過的(de)(de)(de)鋼材試樣表面可以檢(jian)測出明(ming)顯的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)滲(shen)透電流，這(zhe)說明(ming)氫(qing)(qing)滲(shen)透現象(xiang)是普遍存在的(de)(de)(de)；張大磊等(deng)人研究(jiu)了(le)濕(shi)(shi)度對(dui)熱鍍鋅鋼材在海洋大氣環境中(zhong)氫(qing)(qing)脆敏感性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang)，結果(guo)表明(ming)相對(dui)濕(shi)(shi)度在70%以上時，氫(qing)(qing)滲(shen)透電流隨著濕(shi)(shi)度的(de)(de)(de)增加(jia)而增大，氫(qing)(qing)脆敏感性(xing)提高。由此可見，海洋大氣環境中(zhong)鋼材的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)致敏感斷(duan)裂問題不容忽(hu)視。


  由(you)氫和應力(li)的共同(tong)作用導致的金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料產生(sheng)脆(cui)(cui)(cui)性斷裂(lie)(lie)的現象，稱(cheng)為氫致開(kai)裂(lie)(lie)，簡稱(cheng)氫脆(cui)(cui)(cui)。近年來，應力(li)腐(fu)蝕的吸氫脆(cui)(cui)(cui)變理論引起了部(bu)(bu)分科(ke)技工作者的關注。該(gai)理論認為由(you)于(yu)腐(fu)蝕的陰極反(fan)應產生(sheng)氫，氫原(yuan)(yuan)子擴(kuo)(kuo)散到裂(lie)(lie)縫尖端金(jin)(jin)屬(shu)內(nei)部(bu)(bu)，金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料在(zai)(zai)拉應力(li)作用下(xia)脆(cui)(cui)(cui)斷。在(zai)(zai)腐(fu)蝕很(hen)(hen)強的海洋環境中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)面容易(yi)發生(sheng)陰極析氫反(fan)應，造(zao)成(cheng)氫在(zai)(zai)鋼鐵(tie)表(biao)面的吸附(fu)及向內(nei)部(bu)(bu)的擴(kuo)(kuo)散，由(you)于(yu)氫原(yuan)(yuan)子很(hen)(hen)小(xiao)，很(hen)(hen)容易(yi)在(zai)(zai)金(jin)(jin)屬(shu)的晶格(ge)中(zhong)(zhong)移動(dong)，使鋼鐵(tie)結構脆(cui)(cui)(cui)變，同(tong)時(shi)在(zai)(zai)交變載荷作用下(xia)，鋼鐵(tie)結構很(hen)(hen)容易(yi)發生(sheng)由(you)氫脆(cui)(cui)(cui)造(zao)成(cheng)的斷裂(lie)(lie)，危害巨大(da)。


  氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂是(shi)重要的(de)(de)應力腐蝕機理(li)之一。氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂是(shi)原子氫(qing)在(zai)合金(jin)晶體結構內的(de)(de)滲入和(he)擴散所(suo)導致(zhi)(zhi)的(de)(de)脆(cui)性(xing)斷裂的(de)(de)現象，有(you)時又稱為(wei)(wei)氫(qing)脆(cui)或(huo)氫(qing)損傷(shang)。嚴格(ge)來(lai)說，氫(qing)脆(cui)主要涉及金(jin)屬韌性(xing)的(de)(de)降低，而(er)氫(qing)損傷(shang)除(chu)涉及韌性(xing)降低和(he)開(kai)裂外，還(huan)包(bao)括金(jin)屬材(cai)料其他物理(li)性(xing)能或(huo)化(hua)學性(xing)能的(de)(de)下降，因(yin)此(ci)含義(yi)更為(wei)(wei)廣(guang)泛。


1. 氫的來(lai)源


  氫(qing)(qing)的(de)(de)來源可分為內(nei)氫(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)兩(liang)種(zhong)。內(nei)氫(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)(zai)使(shi)用(yong)前內(nei)部就(jiu)已(yi)經存在(zai)(zai)的(de)(de)氫(qing)(qing)，主要是(shi)在(zai)(zai)冶煉(lian)、熱處(chu)理、酸洗、電鍍、焊(han)接等過程(cheng)中吸收的(de)(de)氫(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)或環境氫(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)(zai)使(shi)用(yong)過程(cheng)中與含氫(qing)(qing)介質接觸或進行陰(yin)極析(xi)氫(qing)(qing)反應吸收的(de)(de)氫(qing)(qing)。


2. 氫的(de)傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)傳輸有(you)兩種方(fang)式：一是(shi)擴(kuo)(kuo)散(san)，金(jin)屬中(zhong)存在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)濃度(du)(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(du)或應(ying)力梯度(du)(du)(du)(du)時就會導致(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)擴(kuo)(kuo)散(san)。當金(jin)屬中(zhong)存在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)濃度(du)(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(du)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)從(cong)濃度(du)(du)(du)(du)高(gao)的(de)地方(fang)向濃度(du)(du)(du)(du)低(di)的(de)地方(fang)擴(kuo)(kuo)散(san)。在穩(wen)態(tai)條件下，擴(kuo)(kuo)散(san)遵從(cong)菲克定律。在常溫(wen)下，由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱的(de)存在，對氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在金(jin)屬中(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)散(san)行為(wei)影響(xiang)較大(da)；在高(gao)溫(wen)下，影響(xiang)較小。二是(shi)位錯遷移，位錯是(shi)一種特殊的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱。位錯不僅能(neng)(neng)將(jiang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原子捕獲在其周(zhou)圍，形成(cheng)科氏氣(qi)團，而且由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在金(jin)屬中(zhong)擴(kuo)(kuo)散(san)快，在位錯運(yun)動時氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)團還能(neng)(neng)夠跟上位錯一起運(yun)動，即位錯能(neng)(neng)夠遷移氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)。當運(yun)動的(de)位錯遇到與(yu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)結(jie)合能(neng)(neng)更大(da)的(de)不可逆陷(xian)阱時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)被“傾倒(dao)”在這些陷(xian)阱處。


3. 氫(qing)的存在(zai)形式


 在金屬中，氫的存在形式有很多種；①. H-、H、H+,氫可以H-、H、H+的形式固溶在金屬中；②. 氫分子，當金屬中的氫含量超過溶解度時，氫原子往往在金屬的缺陷（孔洞、裂紋、晶間等）聚集形成氫分子；③. 氫化物，氫在V、Ti、Zr等IVB或VB族金屬中的溶解度較大，但超過溶解度后會形成TiH4,Ni也可以形成氫化物；④. 氣團，氫與位錯結合形成氣團，可看作是一種相。