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。


  隨著氫(qing)脆理(li)論的(de)完善，很多學者(zhe)(zhe)將(jiang)理(li)論與(yu)實際結(jie)合起來，在(zai)工程(cheng)應用(yong)中探討氫(qing)脆現(xian)象的(de)發生(sheng)(sheng)機(ji)理(li)。在(zai)石油化(hua)工行業中，氫(qing)致開裂(lie)事(shi)故在(zai)設備(bei)及管(guan)道中時有(you)發生(sheng)(sheng)，氫(qing)致開裂(lie)屬(shu)于(yu)低應力(li)(li)脆性破壞(huai)的(de)一種，斷(duan)(duan)裂(lie)前很少出現(xian)宏觀上(shang)的(de)塑性變形，發生(sheng)(sheng)時往(wang)往(wang)沒有(you)征兆，而生(sheng)(sheng)產(chan)過程(cheng)中的(de)物料多具有(you)腐蝕性質，因此學者(zhe)(zhe)們將(jiang)主要研究方向放在(zai)了(le)設備(bei)管(guan)線(xian)內部介(jie)質對鋼(gang)材的(de)氫(qing)脆機(ji)理(li)上(shang)。例如，盧志明等學者(zhe)(zhe)研究了(le)含有(you)硫化(hua)氫(qing)的(de)介(jie)質對于(yu)16MnR鋼(gang)的(de)應力(li)(li)腐蝕斷(duan)(duan)裂(lie)敏感性。


  在大氣(qi)(qi)腐蝕(shi)(shi)方(fang)面(mian)，學者(zhe)們主要(yao)研究(jiu)了大氣(qi)(qi)腐蝕(shi)(shi)中(zhong)陰極(ji)過程的氧還原(yuan)對(dui)于鋼(gang)材的腐蝕(shi)(shi)，卻忽略了氫(qing)(qing)的還原(yuan)，所以(yi)關于大氣(qi)(qi)環境(jing)中(zhong)的氫(qing)(qing)脆現象的研究(jiu)并不多見。室(shi)內(nei)實驗證實，用蒸餾水濕潤過的鋼(gang)材試樣(yang)表面(mian)可(ke)以(yi)檢測出明(ming)顯(xian)的氫(qing)(qing)滲透(tou)電流，這(zhe)說明(ming)氫(qing)(qing)滲透(tou)現象是普遍存在的；張大磊(lei)等(deng)人研究(jiu)了濕度對(dui)熱鍍鋅鋼(gang)材在海洋大氣(qi)(qi)環境(jing)中(zhong)氫(qing)(qing)脆敏(min)(min)感(gan)性(xing)的影響，結果(guo)表明(ming)相對(dui)濕度在70%以(yi)上時，氫(qing)(qing)滲透(tou)電流隨著濕度的增加而增大，氫(qing)(qing)脆敏(min)(min)感(gan)性(xing)提(ti)高。由(you)此可(ke)見，海洋大氣(qi)(qi)環境(jing)中(zhong)鋼(gang)材的氫(qing)(qing)致敏(min)(min)感(gan)斷裂(lie)問(wen)題不容忽視。


  由(you)氫(qing)(qing)(qing)和應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)共同作(zuo)(zuo)用(yong)導致的(de)(de)(de)金(jin)屬材料產生脆性(xing)斷裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)現象，稱為氫(qing)(qing)(qing)致開裂(lie)(lie)，簡稱氫(qing)(qing)(qing)脆。近年來(lai)，應(ying)(ying)力腐蝕(shi)的(de)(de)(de)吸氫(qing)(qing)(qing)脆變理論引起(qi)了(le)部(bu)分科(ke)技工(gong)作(zuo)(zuo)者的(de)(de)(de)關注。該理論認為由(you)于腐蝕(shi)的(de)(de)(de)陰極反應(ying)(ying)產生氫(qing)(qing)(qing)，氫(qing)(qing)(qing)原子擴散到裂(lie)(lie)縫(feng)尖端(duan)金(jin)屬內(nei)部(bu)，金(jin)屬材料在(zai)(zai)拉應(ying)(ying)力作(zuo)(zuo)用(yong)下脆斷。在(zai)(zai)腐蝕(shi)很(hen)強(qiang)的(de)(de)(de)海洋(yang)環境中(zhong)，在(zai)(zai)金(jin)屬表面容(rong)易發(fa)生陰極析氫(qing)(qing)(qing)反應(ying)(ying)，造成氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)鋼鐵表面的(de)(de)(de)吸附(fu)及(ji)向內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)擴散，由(you)于氫(qing)(qing)(qing)原子很(hen)小，很(hen)容(rong)易在(zai)(zai)金(jin)屬的(de)(de)(de)晶格中(zhong)移動，使鋼鐵結構脆變，同時(shi)在(zai)(zai)交變載荷作(zuo)(zuo)用(yong)下，鋼鐵結構很(hen)容(rong)易發(fa)生由(you)氫(qing)(qing)(qing)脆造成的(de)(de)(de)斷裂(lie)(lie)，危害巨大。


  氫(qing)(qing)(qing)致開(kai)裂(lie)(lie)(lie)是重(zhong)要的(de)(de)(de)應力腐蝕機(ji)理(li)之(zhi)一(yi)。氫(qing)(qing)(qing)致開(kai)裂(lie)(lie)(lie)是原子氫(qing)(qing)(qing)在(zai)合金晶(jing)體結(jie)構內的(de)(de)(de)滲入和(he)擴散所導致的(de)(de)(de)脆性斷裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)現象，有時又稱為(wei)氫(qing)(qing)(qing)脆或氫(qing)(qing)(qing)損傷。嚴格來說，氫(qing)(qing)(qing)脆主要涉及(ji)金屬韌性的(de)(de)(de)降低(di)，而(er)氫(qing)(qing)(qing)損傷除(chu)涉及(ji)韌性降低(di)和(he)開(kai)裂(lie)(lie)(lie)外，還包(bao)括(kuo)金屬材料其他物理(li)性能(neng)或化學性能(neng)的(de)(de)(de)下降，因此含義更為(wei)廣泛(fan)。


1. 氫的來(lai)源


  氫(qing)(qing)的(de)來源可分為(wei)內氫(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)兩種。內氫(qing)(qing)是指(zhi)材(cai)料(liao)(liao)在使用(yong)前內部就已經(jing)存在的(de)氫(qing)(qing)，主要是在冶(ye)煉、熱(re)處理、酸(suan)洗、電鍍、焊接等過(guo)程中吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)或環境氫(qing)(qing)是指(zhi)材(cai)料(liao)(liao)在使用(yong)過(guo)程中與含氫(qing)(qing)介(jie)質接觸或進行陰極析氫(qing)(qing)反應吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)。


2. 氫的傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)的傳輸有(you)兩種方(fang)式：一(yi)是擴(kuo)(kuo)散(san)(san)，金屬(shu)(shu)(shu)中存在(zai)氫(qing)(qing)(qing)的濃度(du)梯度(du)或應力(li)梯度(du)時就會(hui)導致(zhi)氫(qing)(qing)(qing)的擴(kuo)(kuo)散(san)(san)。當金屬(shu)(shu)(shu)中存在(zai)氫(qing)(qing)(qing)的濃度(du)梯度(du)時，氫(qing)(qing)(qing)將從(cong)濃度(du)高(gao)的地方(fang)向濃度(du)低的地方(fang)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)。在(zai)穩態條件下，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)遵從(cong)菲克定律(lv)。在(zai)常溫下，由于氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱(jing)的存在(zai)，對氫(qing)(qing)(qing)在(zai)金屬(shu)(shu)(shu)中的擴(kuo)(kuo)散(san)(san)行為影響(xiang)較大；在(zai)高(gao)溫下，影響(xiang)較小。二是位(wei)錯(cuo)遷移(yi)，位(wei)錯(cuo)是一(yi)種特(te)殊的氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱(jing)。位(wei)錯(cuo)不(bu)僅能(neng)(neng)(neng)將氫(qing)(qing)(qing)原(yuan)子捕獲在(zai)其周圍，形(xing)成科氏氣(qi)團，而且由于氫(qing)(qing)(qing)在(zai)金屬(shu)(shu)(shu)中擴(kuo)(kuo)散(san)(san)快，在(zai)位(wei)錯(cuo)運動(dong)(dong)時氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)團還能(neng)(neng)(neng)夠跟上位(wei)錯(cuo)一(yi)起運動(dong)(dong)，即(ji)位(wei)錯(cuo)能(neng)(neng)(neng)夠遷移(yi)氫(qing)(qing)(qing)。當運動(dong)(dong)的位(wei)錯(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)結合能(neng)(neng)(neng)更大的不(bu)可逆陷(xian)阱(jing)時，氫(qing)(qing)(qing)將被“傾倒”在(zai)這(zhe)些陷(xian)阱(jing)處。


3. 氫的存在形式


 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。