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。


1. 環境因素的影響(xiang)


  氫脆是特(te)定材(cai)料在特(te)定環(huan)境(jing)(jing)下的(de)(de)脆斷現(xian)象，是環(huan)境(jing)(jing)與材(cai)料相互(hu)作用的(de)(de)結果。敏感材(cai)料在含有氫元素的(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)都(dou)有可能發生氫脆，影響氫脆的(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)因素有溫度、pH、氧(yang)化還原電位、特(te)殊離子、氣體化合物等。


a. 溫(wen)度(du)


 氫(qing)(qing)脆在(zai)溫(wen)度(du)(du)(du)-30~30℃附近最敏(min)感(gan)，一般發生在(zai)-100~150℃范圍(wei)內(nei)，在(zai)低溫(wen)或高(gao)(gao)(gao)溫(wen)時氫(qing)(qing)脆敏(min)感(gan)性降(jiang)低。隨(sui)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)升高(gao)(gao)(gao)氫(qing)(qing)在(zai)金屬中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)、擴(kuo)散速(su)率升高(gao)(gao)(gao)。溫(wen)度(du)(du)(du)不僅有(you)(you)利于(yu)氫(qing)(qing)滲透也(ye)有(you)(you)利于(yu)氫(qing)(qing)的(de)復(fu)合，是一種雙重影響(xiang)。溫(wen)度(du)(du)(du)主要通過影響(xiang)材(cai)料中氫(qing)(qing)濃(nong)度(du)(du)(du)、氫(qing)(qing)擴(kuo)散速(su)率從而(er)影響(xiang)材(cai)料的(de)氫(qing)(qing)脆。


b. pH值


  pH值的(de)(de)(de)大(da)小直接決(jue)定(ding)了H+的(de)(de)(de)多(duo)少，進而(er)可能影響氫(qing)的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)，但并(bing)不是簡(jian)單的(de)(de)(de)pH越(yue)低(di)(di)氫(qing)脆(cui)越(yue)容易發生(sheng)。不同的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)和(he)溶液會有不同的(de)(de)(de)影響結果(guo)，通常情(qing)況下，由于(yu)pH值降(jiang)低(di)(di)H+增(zeng)多(duo)有利(li)于(yu)氫(qing)的(de)(de)(de)產生(sheng)，氫(qing)脆(cui)敏(min)感性(xing)升高。但E.M.K.Hillier等人研(yan)究發現，電鍍(du)中pH值降(jiang)低(di)(di)有利(li)于(yu)能抑制氫(qing)脆(cui)的(de)(de)(de)富鈷(gu)相(xiang)的(de)(de)(de)形成(cheng)，從而(er)降(jiang)低(di)(di)了材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)氫(qing)脆(cui)敏(min)感性(xing)。雖然在高pH值條件下H+較少，但并(bing)不一定(ding)影響氫(qing)的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)，主(zhu)要起決(jue)定(ding)作用的(de)(de)(de)是陰極反應。


c. 氧化還原電位


  電(dian)位(wei)(wei)越負越有(you)利于(yu)析氫(qing)(qing)(qing)反應的發(fa)生，因此更有(you)利于(yu)氫(qing)(qing)(qing)脆的發(fa)生。Wen-Ta Tsai等(deng)人的研究(jiu)發(fa)現2205雙相不銹鋼在陽極電(dian)位(wei)(wei)區以(yi)及腐蝕電(dian)位(wei)(wei)附近（380~500mV范圍內）均(jun)不發(fa)生氫(qing)(qing)(qing)脆，只有(you)當電(dian)位(wei)(wei)處于(yu)較(jiao)負的陰(yin)極電(dian)位(wei)(wei)區（＜900mV)時才(cai)發(fa)生氫(qing)(qing)(qing)脆。說明(ming)電(dian)位(wei)(wei)降(jiang)低(di)氫(qing)(qing)(qing)脆敏(min)感性增高(gao)。特別是在對材(cai)料進行(xing)陰(yin)極保護(hu)時，控制(zhi)保護(hu)電(dian)位(wei)(wei)對預防氫(qing)(qing)(qing)脆更重要。


d. 特殊離子


  環(huan)境中(zhong)的(de)(de)離子(zi)(zi)主要通(tong)過影響氫(qing)(qing)的(de)(de)產(chan)生，進而影響材料的(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)。其中(zhong)，由于硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)或(huo)硫(liu)(liu)(liu)離子(zi)(zi)引發的(de)(de)SCC是(shi)(shi)目前國內外學者(zhe)研(yan)究的(de)(de)焦點(dian)，特別是(shi)(shi)在(zai)研(yan)究含(han)硫(liu)(liu)(liu)原油輸油管道的(de)(de)環(huan)境脆(cui)斷(duan)(duan)時，氫(qing)(qing)脆(cui)機(ji)理以硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)氫(qing)(qing)脆(cui)為(wei)主。余剛等(deng)人研(yan)究發現隨(sui)溶液(ye)(ye)中(zhong)硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)溶液(ye)(ye)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加，16MnR鋼的(de)(de)穩(wen)態滲(shen)(shen)(shen)氫(qing)(qing)電流密度逐漸增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)，在(zai)高(gao)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)區趨于穩(wen)定值。硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)使(shi)二價硫(liu)(liu)(liu)離子(zi)(zi)含(han)量(liang)增(zeng)(zeng)(zeng)加，對(dui)原子(zi)(zi)氫(qing)(qing)結合成氫(qing)(qing)分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)毒化作(zuo)用也逐漸增(zeng)(zeng)(zeng)強，鋼表面(mian)原子(zi)(zi)氫(qing)(qing)濃度的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)能(neng)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)滲(shen)(shen)(shen)氫(qing)(qing)的(de)(de)效率。亞(ya)硫(liu)(liu)(liu)酸根(gen)離子(zi)(zi)也能(neng)促(cu)進氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)(shen)透，特別是(shi)(shi)在(zai)含(han)有(you)二氧化硫(liu)(liu)(liu)的(de)(de)大(da)(da)氣氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)(shen)透中(zhong)作(zuo)用更明顯。其他的(de)(de)離子(zi)(zi)，如氯(lv)離子(zi)(zi)能(neng)破(po)壞金屬氧化膜，間接(jie)促(cu)進氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)(shen)透，而且含(han)氯(lv)離子(zi)(zi)環(huan)境，如海洋環(huan)境等(deng)是(shi)(shi)材料脆(cui)斷(duan)(duan)的(de)(de)敏(min)感介質，對(dui)氫(qing)(qing)脆(cui)也有(you)一(yi)定的(de)(de)影響。


此外，生(sheng)物因素(su)，如(ru)硫酸鹽還原(yuan)菌(jun)（SRB)在(zai)代謝(xie)過程(cheng)中產生(sheng)氫(qing)(qing)，對氫(qing)(qing)脆也會產生(sheng)一定影響。總之，環境對氫(qing)(qing)脆的影響主要是(shi)通過影響氫(qing)(qing)的來源和傳輸擴較敏感。



2. 材料本身對氫(qing)脆的影響


a. 強度(du)水平(ping)


  一(yi)般氫脆(cui)敏感性隨(sui)硬度(du)、強度(du)的(de)(de)升(sheng)高而增高。由于(yu)應(ying)力(li)梯度(du)有(you)利于(yu)氫擴散，因此材料在使用、焊接等處理工(gong)藝(yi)過程中(zhong)等造成(cheng)的(de)(de)殘余應(ying)力(li)會(hui)使其(qi)氫脆(cui)敏感性提高。


b. 合(he)金元素


  氫與不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)金屬(shu)元素的(de)(de)結合(he)作用能力，在其(qi)中(zhong)的(de)(de)擴散速(su)率不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)造成(cheng)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)金屬(shu)材料的(de)(de)氫脆(cui)敏感性也(ye)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)。如在鐵(tie)鎳(nie)二元合(he)金中(zhong)，氫的(de)(de)滲透速(su)率隨Ni含量的(de)(de)增加而增大，欽合(he)金對氫脆(cui)的(de)(de)敏感性較其(qi)他(ta)金屬(shu)更高(gao)，已經成(cheng)為(wei)研究熱點。


  U.Prakash等人(ren)研究(jiu)發現鐵鋁(lv)合金中(zhong)C或Al的含(han)量升高能適當抑(yi)制氫脆。


c. 微觀結構


  不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬以(yi)及合(he)金(jin)都有(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，氫(qing)原子在(zai)金(jin)屬中(zhong)(zhong)主(zhu)要(yao)是通過晶(jing)界或空(kong)隙擴散，而(er)(er)(er)且主(zhu)要(yao)偏(pian)聚在(zai)晶(jing)界、夾雜(za)物(wu)等缺陷處。微(wei)(wei)觀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)直接影(ying)響(xiang)了(le)(le)氫(qing)在(zai)材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散、偏(pian)聚、與金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)用等材(cai)(cai)料(liao)(liao)脆(cui)(cui)斷過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵步驟，是氫(qing)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)影(ying)響(xiang)因素。不同(tong)(tong)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)(zhong)，馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)貝(bei)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)、珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)、奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)、沉(chen)積硬化鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性高(gao)；貝(bei)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性高(gao)；抑制氫(qing)脆(cui)(cui)方面鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)不如奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，而(er)(er)(er)且兩相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)例及晶(jing)粒(li)大小也影(ying)響(xiang)氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性。微(wei)(wei)觀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)(zhong)，位錯作(zuo)(zuo)為可逆(ni)陷阱，位錯密(mi)度(du)越(yue)(yue)高(gao)越(yue)(yue)有(you)利于氫(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散傳輸，從而(er)(er)(er)增高(gao)氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性；相(xiang)反作(zuo)(zuo)為不可逆(ni)陷阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)如金(jin)屬碳化物(wu)、晶(jing)間沉(chen)積物(wu)、轉變奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)越(yue)(yue)多，分布(bu)越(yue)(yue)均勻，氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性越(yue)(yue)低。一般認為材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)粒(li)越(yue)(yue)細(xi)、分布(bu)越(yue)(yue)均勻，缺陷越(yue)(yue)少，材(cai)(cai)料(liao)(liao)抗(kang)氫(qing)脆(cui)(cui)性能越(yue)(yue)好。此外，材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜(za)質元素與主(zhu)體(ti)(ti)(ti)元素結(jie)(jie)(jie)合(he)，改變了(le)(le)其(qi)微(wei)(wei)觀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)以(yi)及陷阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)和分布(bu)形態，從而(er)(er)(er)降低或提高(gao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感性。