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(fu)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)脆理(li)論的(de)完(wan)善，很多(duo)學者(zhe)將(jiang)理(li)論與實際結合(he)起(qi)來，在(zai)工程應(ying)用(yong)中探(tan)討氫(qing)脆現象的(de)發生機理(li)。在(zai)石油化工行業(ye)中，氫(qing)致開裂(lie)事故在(zai)設(she)備及(ji)管道中時有發生，氫(qing)致開裂(lie)屬于(yu)低應(ying)力脆性(xing)破壞(huai)的(de)一(yi)種(zhong)，斷裂(lie)前很少出(chu)現宏觀上(shang)的(de)塑性(xing)變形，發生時往往沒有征(zheng)兆，而(er)生產過程中的(de)物(wu)料多(duo)具有腐蝕性(xing)質(zhi)，因(yin)此學者(zhe)們將(jiang)主要(yao)研(yan)究方向放在(zai)了設(she)備管線內部介(jie)質(zhi)對(dui)(dui)鋼材的(de)氫(qing)脆機理(li)上(shang)。例如，盧志明等學者(zhe)研(yan)究了含有硫化氫(qing)的(de)介(jie)質(zhi)對(dui)(dui)于(yu)16MnR鋼的(de)應(ying)力腐蝕斷裂(lie)敏感(gan)性(xing)。


  在(zai)大(da)氣腐(fu)蝕(shi)(shi)方(fang)面，學(xue)者們主要研究(jiu)了大(da)氣腐(fu)蝕(shi)(shi)中(zhong)陰極過(guo)程的(de)(de)(de)氧還原對(dui)于鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，卻忽略(lve)了氫的(de)(de)(de)還原，所以關于大(da)氣環(huan)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(duo)見。室內實驗證(zheng)實，用蒸餾水濕(shi)潤(run)過(guo)的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)試樣表面可以檢測出(chu)明(ming)顯的(de)(de)(de)氫滲(shen)透電流，這說(shuo)明(ming)氫滲(shen)透現象(xiang)是普(pu)遍存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)；張(zhang)大(da)磊等人(ren)研究(jiu)了濕(shi)度(du)對(dui)熱(re)鍍鋅鋼(gang)材(cai)在(zai)海洋大(da)氣環(huan)境(jing)中(zhong)氫脆(cui)敏(min)感性的(de)(de)(de)影響，結果表明(ming)相對(dui)濕(shi)度(du)在(zai)70%以上時，氫滲(shen)透電流隨(sui)著(zhu)濕(shi)度(du)的(de)(de)(de)增加而增大(da)，氫脆(cui)敏(min)感性提高。由此可見，海洋大(da)氣環(huan)境(jing)中(zhong)鋼(gang)材(cai)的(de)(de)(de)氫致敏(min)感斷裂問題(ti)不(bu)容忽視(shi)。


  由(you)氫(qing)(qing)和應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)共同作用(yong)導(dao)致的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)材料產(chan)生脆(cui)性斷裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)現象，稱(cheng)為(wei)氫(qing)(qing)致開裂(lie)(lie)，簡稱(cheng)氫(qing)(qing)脆(cui)。近(jin)年來(lai)，應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)吸(xi)氫(qing)(qing)脆(cui)變理論引起(qi)了部(bu)(bu)分(fen)科技工作者(zhe)的(de)(de)(de)(de)關注。該理論認(ren)為(wei)由(you)于(yu)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)陰極反應(ying)(ying)產(chan)生氫(qing)(qing)，氫(qing)(qing)原子擴散(san)到裂(lie)(lie)縫尖端金(jin)屬(shu)內(nei)(nei)部(bu)(bu)，金(jin)屬(shu)材料在拉應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下脆(cui)斷。在腐(fu)蝕很(hen)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)海(hai)洋環境中，在金(jin)屬(shu)表面(mian)(mian)容(rong)(rong)易(yi)發生陰極析氫(qing)(qing)反應(ying)(ying)，造成氫(qing)(qing)在鋼(gang)(gang)鐵(tie)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附及向內(nei)(nei)部(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)擴散(san)，由(you)于(yu)氫(qing)(qing)原子很(hen)小，很(hen)容(rong)(rong)易(yi)在金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)晶格中移動，使鋼(gang)(gang)鐵(tie)結構脆(cui)變，同時在交變載荷(he)作用(yong)下，鋼(gang)(gang)鐵(tie)結構很(hen)容(rong)(rong)易(yi)發生由(you)氫(qing)(qing)脆(cui)造成的(de)(de)(de)(de)斷裂(lie)(lie)，危(wei)害巨大。


  氫致開(kai)裂(lie)(lie)是重要的(de)應力腐蝕機理之一。氫致開(kai)裂(lie)(lie)是原(yuan)子氫在合金(jin)晶體結構內的(de)滲入和擴散所導致的(de)脆性(xing)斷裂(lie)(lie)的(de)現象(xiang)，有時又稱為(wei)氫脆或氫損傷。嚴格來說，氫脆主(zhu)要涉(she)及(ji)金(jin)屬韌性(xing)的(de)降(jiang)低(di)，而氫損傷除(chu)涉(she)及(ji)韌性(xing)降(jiang)低(di)和開(kai)裂(lie)(lie)外，還包括金(jin)屬材料其他物理性(xing)能或化學性(xing)能的(de)下降(jiang)，因此(ci)含義更為(wei)廣泛。


1. 氫(qing)的(de)來源(yuan)


  氫(qing)的(de)來(lai)源可分為內氫(qing)和外氫(qing)兩種。內氫(qing)是指(zhi)材料在使用(yong)前內部就已經(jing)存在的(de)氫(qing)，主要是在冶(ye)煉、熱處理、酸洗、電鍍、焊接等過(guo)程中吸收(shou)的(de)氫(qing)。外氫(qing)或環(huan)境氫(qing)是指(zhi)材料在使用(yong)過(guo)程中與含氫(qing)介質接觸或進行陰(yin)極析氫(qing)反(fan)應吸收(shou)的(de)氫(qing)。


2. 氫的傳輸(shu)


  氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)傳輸有兩種方(fang)(fang)式：一是擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)，金(jin)屬(shu)中存在(zai)(zai)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃度(du)梯度(du)或應力(li)梯度(du)時(shi)就會導(dao)致氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)。當(dang)金(jin)屬(shu)中存在(zai)(zai)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃度(du)梯度(du)時(shi)，氫(qing)(qing)將從(cong)濃度(du)高的(de)(de)(de)地(di)方(fang)(fang)向濃度(du)低的(de)(de)(de)地(di)方(fang)(fang)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)。在(zai)(zai)穩態條件下(xia)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)遵從(cong)菲克定律。在(zai)(zai)常溫下(xia)，由于(yu)(yu)氫(qing)(qing)陷阱(jing)的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，對氫(qing)(qing)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)中的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)行為影響(xiang)較大；在(zai)(zai)高溫下(xia)，影響(xiang)較小。二是位(wei)錯(cuo)遷(qian)移，位(wei)錯(cuo)是一種特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)陷阱(jing)。位(wei)錯(cuo)不僅(jin)能(neng)將氫(qing)(qing)原子捕獲在(zai)(zai)其周圍(wei)，形成科氏(shi)氣團，而且由于(yu)(yu)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)中擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)快，在(zai)(zai)位(wei)錯(cuo)運動(dong)時(shi)氫(qing)(qing)氣團還能(neng)夠跟上位(wei)錯(cuo)一起運動(dong)，即(ji)位(wei)錯(cuo)能(neng)夠遷(qian)移氫(qing)(qing)。當(dang)運動(dong)的(de)(de)(de)位(wei)錯(cuo)遇到(dao)與氫(qing)(qing)結合能(neng)更大的(de)(de)(de)不可(ke)逆(ni)陷阱(jing)時(shi)，氫(qing)(qing)將被“傾倒”在(zai)(zai)這些陷阱(jing)處。


3. 氫(qing)的存在形式(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。