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(li)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。


  隨著氫(qing)脆(cui)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)的(de)完善，很多(duo)學者將(jiang)(jiang)理(li)(li)(li)論(lun)(lun)與實(shi)際結合起來，在(zai)工程應(ying)用中探討氫(qing)脆(cui)現象的(de)發(fa)(fa)生(sheng)機理(li)(li)(li)。在(zai)石(shi)油化工行業中，氫(qing)致(zhi)開裂(lie)事故在(zai)設備及(ji)管(guan)道(dao)中時有(you)(you)發(fa)(fa)生(sheng)，氫(qing)致(zhi)開裂(lie)屬(shu)于低(di)應(ying)力脆(cui)性(xing)破壞的(de)一種，斷裂(lie)前(qian)很少出(chu)現宏觀(guan)上的(de)塑性(xing)變(bian)形，發(fa)(fa)生(sheng)時往往沒有(you)(you)征(zheng)兆，而(er)生(sheng)產(chan)過程中的(de)物料(liao)多(duo)具有(you)(you)腐(fu)蝕性(xing)質(zhi)，因此學者們將(jiang)(jiang)主要研究(jiu)方向放(fang)在(zai)了(le)(le)設備管(guan)線(xian)內部(bu)介質(zhi)對(dui)鋼材(cai)的(de)氫(qing)脆(cui)機理(li)(li)(li)上。例如，盧(lu)志(zhi)明等學者研究(jiu)了(le)(le)含有(you)(you)硫化氫(qing)的(de)介質(zhi)對(dui)于16MnR鋼的(de)應(ying)力腐(fu)蝕斷裂(lie)敏感性(xing)。


  在(zai)大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)(shi)方(fang)面(mian)，學(xue)者們(men)主要研究了大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)(shi)中(zhong)陰極過(guo)程的(de)(de)(de)(de)氧還原(yuan)對(dui)于鋼材的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，卻忽略了氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)還原(yuan)，所以(yi)關(guan)于大氣(qi)環境中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)現象的(de)(de)(de)(de)研究并不多(duo)見(jian)。室內實驗證實，用(yong)蒸餾水(shui)濕潤(run)過(guo)的(de)(de)(de)(de)鋼材試(shi)樣表面(mian)可以(yi)檢測出明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透電流，這說明(ming)氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透現象是(shi)普(pu)遍存在(zai)的(de)(de)(de)(de)；張大磊等人研究了濕度對(dui)熱鍍鋅鋼材在(zai)海洋大氣(qi)環境中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)(gan)性的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，結果(guo)表明(ming)相(xiang)對(dui)濕度在(zai)70%以(yi)上時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透電流隨著濕度的(de)(de)(de)(de)增加而增大，氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)(gan)性提高。由(you)此可見(jian)，海洋大氣(qi)環境中(zhong)鋼材的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)致敏(min)感(gan)(gan)斷裂問題不容忽視。


  由氫(qing)和應(ying)(ying)(ying)力的(de)(de)共同(tong)作用導致的(de)(de)金(jin)(jin)屬材料(liao)產生脆(cui)性斷裂的(de)(de)現象(xiang)，稱為(wei)氫(qing)致開裂，簡稱氫(qing)脆(cui)。近年來，應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕的(de)(de)吸氫(qing)脆(cui)變理(li)論引起了部(bu)分(fen)科技工(gong)作者的(de)(de)關注。該(gai)理(li)論認為(wei)由于腐(fu)蝕的(de)(de)陰(yin)極反應(ying)(ying)(ying)產生氫(qing)，氫(qing)原子擴散(san)到裂縫尖端金(jin)(jin)屬內部(bu)，金(jin)(jin)屬材料(liao)在(zai)拉應(ying)(ying)(ying)力作用下脆(cui)斷。在(zai)腐(fu)蝕很(hen)強的(de)(de)海洋環境中，在(zai)金(jin)(jin)屬表面(mian)容(rong)易發生陰(yin)極析氫(qing)反應(ying)(ying)(ying)，造成氫(qing)在(zai)鋼(gang)鐵(tie)表面(mian)的(de)(de)吸附及向內部(bu)的(de)(de)擴散(san)，由于氫(qing)原子很(hen)小，很(hen)容(rong)易在(zai)金(jin)(jin)屬的(de)(de)晶(jing)格中移動，使鋼(gang)鐵(tie)結構(gou)脆(cui)變，同(tong)時在(zai)交變載荷作用下，鋼(gang)鐵(tie)結構(gou)很(hen)容(rong)易發生由氫(qing)脆(cui)造成的(de)(de)斷裂，危害(hai)巨大。


  氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂(lie)是重要的(de)應力腐蝕機理(li)之一。氫(qing)致(zhi)(zhi)開(kai)裂(lie)是原子(zi)氫(qing)在合金晶體結構內的(de)滲入(ru)和擴散(san)所導致(zhi)(zhi)的(de)脆性(xing)(xing)斷裂(lie)的(de)現象(xiang)，有時又(you)稱為(wei)氫(qing)脆或氫(qing)損(sun)傷。嚴(yan)格來說，氫(qing)脆主要涉及(ji)金屬韌性(xing)(xing)的(de)降(jiang)(jiang)低，而(er)氫(qing)損(sun)傷除涉及(ji)韌性(xing)(xing)降(jiang)(jiang)低和開(kai)裂(lie)外，還包括金屬材料其他(ta)物(wu)理(li)性(xing)(xing)能或化學性(xing)(xing)能的(de)下(xia)降(jiang)(jiang)，因(yin)此含義更為(wei)廣泛(fan)。


1. 氫的來源


  氫(qing)(qing)(qing)的來源可分為內氫(qing)(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)(qing)兩種。內氫(qing)(qing)(qing)是(shi)(shi)指(zhi)材料(liao)在(zai)使用前內部就已經存在(zai)的氫(qing)(qing)(qing)，主要是(shi)(shi)在(zai)冶煉、熱處理、酸洗、電鍍(du)、焊接等過程(cheng)(cheng)中吸收的氫(qing)(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)(qing)或(huo)環(huan)境氫(qing)(qing)(qing)是(shi)(shi)指(zhi)材料(liao)在(zai)使用過程(cheng)(cheng)中與含氫(qing)(qing)(qing)介質接觸或(huo)進行陰(yin)極析氫(qing)(qing)(qing)反(fan)應吸收的氫(qing)(qing)(qing)。


2. 氫的傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)傳(chuan)輸(shu)有兩種方(fang)式(shi)：一(yi)是(shi)擴(kuo)散(san)，金(jin)屬(shu)中存(cun)在(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)或應力梯度(du)(du)時就(jiu)會導致氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)擴(kuo)散(san)。當金(jin)屬(shu)中存(cun)在(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)從(cong)濃(nong)(nong)度(du)(du)高的(de)(de)地方(fang)向(xiang)濃(nong)(nong)度(du)(du)低的(de)(de)地方(fang)擴(kuo)散(san)。在(zai)(zai)穩態條件(jian)下(xia)(xia)，擴(kuo)散(san)遵(zun)從(cong)菲克定律。在(zai)(zai)常溫下(xia)(xia)，由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱(jing)的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)，對氫(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)中的(de)(de)擴(kuo)散(san)行為影響較(jiao)大；在(zai)(zai)高溫下(xia)(xia)，影響較(jiao)小。二是(shi)位錯(cuo)(cuo)遷移(yi)，位錯(cuo)(cuo)是(shi)一(yi)種特殊的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱(jing)。位錯(cuo)(cuo)不僅能(neng)將(jiang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)原子捕獲在(zai)(zai)其(qi)周圍，形成科氏氣(qi)團(tuan)，而且由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)中擴(kuo)散(san)快(kuai)，在(zai)(zai)位錯(cuo)(cuo)運動(dong)時氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)團(tuan)還能(neng)夠(gou)跟上位錯(cuo)(cuo)一(yi)起運動(dong)，即位錯(cuo)(cuo)能(neng)夠(gou)遷移(yi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。當運動(dong)的(de)(de)位錯(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)(qing)結合能(neng)更大的(de)(de)不可(ke)逆陷(xian)(xian)阱(jing)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)被“傾倒”在(zai)(zai)這些陷(xian)(xian)阱(jing)處。


3. 氫(qing)的(de)存(cun)在(zai)形式(shi)


 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。