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(fu)蝕(shi)開(kai)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。


  隨著氫脆(cui)理論的(de)(de)完善(shan)，很多學者將理論與實(shi)際結合(he)起來，在(zai)(zai)工(gong)程(cheng)應用中(zhong)(zhong)探(tan)討(tao)氫脆(cui)現象的(de)(de)發生(sheng)機理。在(zai)(zai)石油化(hua)工(gong)行(xing)業中(zhong)(zhong)，氫致開裂(lie)事故在(zai)(zai)設備及管道中(zhong)(zhong)時有發生(sheng)，氫致開裂(lie)屬于低應力脆(cui)性(xing)(xing)破(po)壞的(de)(de)一種，斷裂(lie)前(qian)很少(shao)出現宏觀上的(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)變形，發生(sheng)時往往沒有征兆，而(er)生(sheng)產(chan)過程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)物料多具有腐蝕(shi)性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)，因此學者們將主(zhu)要研(yan)究(jiu)方向放在(zai)(zai)了設備管線內部介質(zhi)(zhi)對鋼材的(de)(de)氫脆(cui)機理上。例如，盧(lu)志明等學者研(yan)究(jiu)了含有硫化(hua)氫的(de)(de)介質(zhi)(zhi)對于16MnR鋼的(de)(de)應力腐蝕(shi)斷裂(lie)敏感性(xing)(xing)。


  在大(da)(da)氣(qi)腐(fu)蝕方面，學者們主要研究(jiu)了(le)(le)大(da)(da)氣(qi)腐(fu)蝕中(zhong)陰極過程的(de)(de)(de)氧還原對于鋼材的(de)(de)(de)腐(fu)蝕，卻忽略了(le)(le)氫的(de)(de)(de)還原，所以關于大(da)(da)氣(qi)環境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)氫脆(cui)現象(xiang)的(de)(de)(de)研究(jiu)并不(bu)多見。室(shi)內實(shi)驗證實(shi)，用(yong)蒸餾(liu)水濕潤過的(de)(de)(de)鋼材試樣(yang)表面可以檢測(ce)出明(ming)顯的(de)(de)(de)氫滲(shen)透電(dian)流(liu)，這說明(ming)氫滲(shen)透現象(xiang)是普遍存(cun)在的(de)(de)(de)；張(zhang)大(da)(da)磊等人研究(jiu)了(le)(le)濕度對熱鍍鋅鋼材在海(hai)洋大(da)(da)氣(qi)環境(jing)中(zhong)氫脆(cui)敏感性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，結果表明(ming)相(xiang)對濕度在70%以上時，氫滲(shen)透電(dian)流(liu)隨著濕度的(de)(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)大(da)(da)，氫脆(cui)敏感性(xing)提(ti)高。由此可見，海(hai)洋大(da)(da)氣(qi)環境(jing)中(zhong)鋼材的(de)(de)(de)氫致敏感斷裂問題(ti)不(bu)容忽視。


  由(you)氫(qing)(qing)和應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)共同(tong)作(zuo)用導致的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)材料產生脆(cui)性(xing)斷裂(lie)的(de)(de)(de)現(xian)象，稱為氫(qing)(qing)致開(kai)裂(lie)，簡(jian)稱氫(qing)(qing)脆(cui)。近年來(lai)，應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)吸氫(qing)(qing)脆(cui)變理論引起了部(bu)分科技工作(zuo)者的(de)(de)(de)關注。該理論認(ren)為由(you)于腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)陰極反應(ying)(ying)(ying)產生氫(qing)(qing)，氫(qing)(qing)原子擴散到裂(lie)縫尖(jian)端(duan)金(jin)屬(shu)內(nei)部(bu)，金(jin)屬(shu)材料在(zai)拉應(ying)(ying)(ying)力(li)作(zuo)用下脆(cui)斷。在(zai)腐蝕(shi)(shi)很強的(de)(de)(de)海洋環境中(zhong)，在(zai)金(jin)屬(shu)表面容易(yi)發生陰極析(xi)氫(qing)(qing)反應(ying)(ying)(ying)，造成氫(qing)(qing)在(zai)鋼(gang)(gang)鐵(tie)表面的(de)(de)(de)吸附及向內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)擴散，由(you)于氫(qing)(qing)原子很小(xiao)，很容易(yi)在(zai)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)晶(jing)格中(zhong)移動，使鋼(gang)(gang)鐵(tie)結構脆(cui)變，同(tong)時在(zai)交變載荷作(zuo)用下，鋼(gang)(gang)鐵(tie)結構很容易(yi)發生由(you)氫(qing)(qing)脆(cui)造成的(de)(de)(de)斷裂(lie)，危害巨大。


  氫(qing)(qing)致(zhi)開裂(lie)(lie)(lie)是(shi)重要的(de)(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕機(ji)理之一。氫(qing)(qing)致(zhi)開裂(lie)(lie)(lie)是(shi)原子(zi)氫(qing)(qing)在合金晶(jing)體結構內的(de)(de)(de)滲入和擴(kuo)散(san)所導致(zhi)的(de)(de)(de)脆性斷裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)現象，有(you)時又稱為氫(qing)(qing)脆或氫(qing)(qing)損傷(shang)。嚴格來說，氫(qing)(qing)脆主要涉及金屬(shu)韌(ren)性的(de)(de)(de)降低(di)，而氫(qing)(qing)損傷(shang)除涉及韌(ren)性降低(di)和開裂(lie)(lie)(lie)外，還包括金屬(shu)材料其他物理性能或化學性能的(de)(de)(de)下(xia)降，因此含(han)義(yi)更(geng)為廣泛。


1. 氫(qing)的來源


  氫(qing)(qing)的(de)(de)來源(yuan)可分為內氫(qing)(qing)和(he)外氫(qing)(qing)兩種(zhong)。內氫(qing)(qing)是指(zhi)材料在(zai)(zai)使用前內部就已經存在(zai)(zai)的(de)(de)氫(qing)(qing)，主要是在(zai)(zai)冶煉、熱處(chu)理、酸洗、電鍍(du)、焊(han)接等過(guo)程中(zhong)吸(xi)(xi)收的(de)(de)氫(qing)(qing)。外氫(qing)(qing)或環境氫(qing)(qing)是指(zhi)材料在(zai)(zai)使用過(guo)程中(zhong)與含氫(qing)(qing)介質(zhi)接觸或進行陰極析氫(qing)(qing)反應(ying)吸(xi)(xi)收的(de)(de)氫(qing)(qing)。


2. 氫的(de)傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)傳輸(shu)有(you)兩種方(fang)式：一是(shi)擴(kuo)散，金屬中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)梯(ti)度(du)或應力梯(ti)度(du)時(shi)(shi)就(jiu)會導致氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)擴(kuo)散。當金屬中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)梯(ti)度(du)時(shi)(shi)，氫(qing)(qing)(qing)將從濃(nong)度(du)高的(de)(de)地方(fang)向濃(nong)度(du)低的(de)(de)地方(fang)擴(kuo)散。在(zai)穩態條件下，擴(kuo)散遵從菲(fei)克定律。在(zai)常溫下，由于氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)(xian)阱(jing)的(de)(de)存(cun)在(zai)，對氫(qing)(qing)(qing)在(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散行為影響較大；在(zai)高溫下，影響較小(xiao)。二是(shi)位(wei)錯(cuo)(cuo)遷(qian)移，位(wei)錯(cuo)(cuo)是(shi)一種特殊的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)(xian)阱(jing)。位(wei)錯(cuo)(cuo)不僅(jin)能(neng)(neng)將氫(qing)(qing)(qing)原子捕獲(huo)在(zai)其(qi)周圍，形成科氏氣團，而且由于氫(qing)(qing)(qing)在(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)散快，在(zai)位(wei)錯(cuo)(cuo)運(yun)動(dong)時(shi)(shi)氫(qing)(qing)(qing)氣團還能(neng)(neng)夠(gou)跟上位(wei)錯(cuo)(cuo)一起運(yun)動(dong)，即(ji)位(wei)錯(cuo)(cuo)能(neng)(neng)夠(gou)遷(qian)移氫(qing)(qing)(qing)。當運(yun)動(dong)的(de)(de)位(wei)錯(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)結合能(neng)(neng)更大的(de)(de)不可逆陷(xian)(xian)(xian)阱(jing)時(shi)(shi)，氫(qing)(qing)(qing)將被“傾(qing)倒”在(zai)這些陷(xian)(xian)(xian)阱(jing)處。


3. 氫的(de)存在形式(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。