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(huan)境因(yin)素的影響


  氫(qing)脆(cui)(cui)是(shi)特(te)定材料在特(te)定環(huan)境(jing)下的(de)脆(cui)(cui)斷(duan)現象，是(shi)環(huan)境(jing)與材料相互作用的(de)結果。敏感材料在含有(you)氫(qing)元素的(de)環(huan)境(jing)中都有(you)可能(neng)發生氫(qing)脆(cui)(cui)，影響(xiang)氫(qing)脆(cui)(cui)的(de)環(huan)境(jing)因素有(you)溫度、pH、氧化還原電位、特(te)殊離子、氣(qi)體化合物等。


a. 溫度(du)


 氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)在溫(wen)(wen)度(du)(du)-30~30℃附近最敏(min)感(gan)，一般發生在-100~150℃范圍內，在低溫(wen)(wen)或(huo)高(gao)溫(wen)(wen)時氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)敏(min)感(gan)性降低。隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)升高(gao)氫(qing)(qing)(qing)在金屬中(zhong)的(de)(de)溶解度(du)(du)、擴散速率(lv)升高(gao)。溫(wen)(wen)度(du)(du)不僅有(you)利于(yu)氫(qing)(qing)(qing)滲透也有(you)利于(yu)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)復(fu)合，是(shi)一種(zhong)雙(shuang)重影響(xiang)。溫(wen)(wen)度(du)(du)主(zhu)要通過影響(xiang)材料中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)濃(nong)度(du)(du)、氫(qing)(qing)(qing)擴散速率(lv)從而影響(xiang)材料的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)。


b. pH值


  pH值的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)直接決定(ding)了H+的(de)(de)(de)(de)多少，進而可能影(ying)響(xiang)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)生成(cheng)，但并不(bu)是簡單的(de)(de)(de)(de)pH越低氫(qing)脆越容(rong)易發生。不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)材料和溶液會有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)結果，通(tong)常情況(kuang)下，由于(yu)pH值降(jiang)低H+增多有(you)利(li)于(yu)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)產生，氫(qing)脆敏(min)感性(xing)升高(gao)。但E.M.K.Hillier等(deng)人研(yan)究發現(xian)，電鍍(du)中pH值降(jiang)低有(you)利(li)于(yu)能抑制氫(qing)脆的(de)(de)(de)(de)富鈷相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)，從而降(jiang)低了材料的(de)(de)(de)(de)氫(qing)脆敏(min)感性(xing)。雖然在(zai)高(gao)pH值條件(jian)下H+較(jiao)少，但并不(bu)一定(ding)影(ying)響(xiang)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)生成(cheng)，主要起決定(ding)作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)是陰極反應。


c. 氧化還原電位


  電位(wei)越(yue)負越(yue)有利(li)于(yu)析氫反應的發生，因(yin)此(ci)更有利(li)于(yu)氫脆(cui)(cui)的發生。Wen-Ta Tsai等人的研究(jiu)發現2205雙相不(bu)銹鋼(gang)在(zai)陽極(ji)電位(wei)區以及(ji)腐(fu)蝕電位(wei)附近（380~500mV范圍(wei)內）均不(bu)發生氫脆(cui)(cui)，只有當電位(wei)處于(yu)較負的陰極(ji)電位(wei)區（＜900mV)時(shi)才發生氫脆(cui)(cui)。說明電位(wei)降低氫脆(cui)(cui)敏(min)感性增高。特(te)別是在(zai)對(dui)材料(liao)進行陰極(ji)保(bao)(bao)護(hu)時(shi)，控制保(bao)(bao)護(hu)電位(wei)對(dui)預(yu)防氫脆(cui)(cui)更重要。


d. 特殊離(li)子(zi)


  環境(jing)中的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)主要通過影(ying)響氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)產生，進而影(ying)響材料的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)。其(qi)中，由于硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)或硫(liu)離(li)子(zi)引(yin)發(fa)的(de)(de)(de)(de)SCC是目前國(guo)內外(wai)學(xue)者研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)焦點，特(te)別(bie)是在研究(jiu)含(han)(han)硫(liu)原油(you)輸油(you)管道的(de)(de)(de)(de)環境(jing)脆(cui)(cui)(cui)斷(duan)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)機(ji)理以硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)為(wei)主。余剛等人研究(jiu)發(fa)現隨溶液(ye)(ye)中硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)溶液(ye)(ye)質(zhi)(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增加，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)穩態(tai)滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)(qing)電流密度逐漸增大(da)，在高質(zhi)(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)區趨于穩定(ding)值。硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)質(zhi)(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)增大(da)使二(er)價硫(liu)離(li)子(zi)含(han)(han)量增加，對原子(zi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)結合成氫(qing)(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)毒(du)化(hua)(hua)作(zuo)用也(ye)逐漸增強(qiang)，鋼(gang)表面原子(zi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)濃度的(de)(de)(de)(de)增大(da)能增大(da)滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)效率。亞硫(liu)酸根(gen)離(li)子(zi)也(ye)能促進氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透，特(te)別(bie)是在含(han)(han)有(you)二(er)氧化(hua)(hua)硫(liu)的(de)(de)(de)(de)大(da)氣(qi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透中作(zuo)用更明顯。其(qi)他的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)，如氯(lv)(lv)離(li)子(zi)能破壞金屬氧化(hua)(hua)膜，間接促進氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透，而且含(han)(han)氯(lv)(lv)離(li)子(zi)環境(jing)，如海洋環境(jing)等是材料脆(cui)(cui)(cui)斷(duan)的(de)(de)(de)(de)敏感介質(zhi)(zhi)(zhi)，對氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)也(ye)有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。


此(ci)外，生物因素，如硫酸(suan)鹽(yan)還原菌（SRB)在代謝過程(cheng)中產生氫(qing)(qing)，對氫(qing)(qing)脆也會產生一(yi)定影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)。總之，環境對氫(qing)(qing)脆的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)要是通過影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)氫(qing)(qing)的(de)來源和傳輸(shu)擴較敏感(gan)。



2. 材料(liao)本身對氫(qing)脆的影響


a. 強度水平(ping)


  一般氫脆(cui)敏感性(xing)(xing)隨硬度、強度的升高而增高。由于應力梯(ti)度有利于氫擴散，因此材(cai)料在使(shi)(shi)用、焊接等(deng)處理(li)工藝(yi)過程中等(deng)造成的殘余應力會使(shi)(shi)其氫脆(cui)敏感性(xing)(xing)提高。


b. 合金元素


  氫與不同(tong)的(de)金屬(shu)元素(su)的(de)結合(he)作(zuo)用能力，在其中的(de)擴散速率(lv)不同(tong)造成(cheng)不同(tong)金屬(shu)材料的(de)氫脆敏感(gan)性也不同(tong)。如在鐵鎳二元合(he)金中，氫的(de)滲透速率(lv)隨Ni含量的(de)增(zeng)加而增(zeng)大(da)，欽合(he)金對氫脆的(de)敏感(gan)性較其他金屬(shu)更高，已經(jing)成(cheng)為(wei)研究熱點。


  U.Prakash等(deng)人(ren)研究發現鐵鋁合金中C或(huo)Al的含(han)量(liang)升高(gao)能適當(dang)抑制氫脆。


c. 微觀結(jie)構


  不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)以及合(he)金(jin)(jin)都(dou)有(you)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀結構(gou)(gou)，氫(qing)(qing)原子(zi)在(zai)(zai)金(jin)(jin)屬(shu)中主要(yao)是(shi)通過晶界(jie)或空隙擴(kuo)散，而且主要(yao)偏(pian)聚在(zai)(zai)晶界(jie)、夾雜物等(deng)(deng)缺陷(xian)處。微(wei)觀結構(gou)(gou)直接影(ying)響了(le)氫(qing)(qing)在(zai)(zai)材料(liao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散、偏(pian)聚、與金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)等(deng)(deng)材料(liao)脆斷(duan)過程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵步驟，是(shi)氫(qing)(qing)脆的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)影(ying)響因素(su)。不同(tong)晶體(ti)(ti)結構(gou)(gou)中，馬(ma)氏體(ti)(ti)比(bi)貝(bei)氏體(ti)(ti)、珠光(guang)體(ti)(ti)、鐵素(su)體(ti)(ti)、奧氏體(ti)(ti)、沉積硬化(hua)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆敏(min)感性高(gao)(gao)；貝(bei)氏體(ti)(ti)比(bi)珠光(guang)體(ti)(ti)、鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆敏(min)感性高(gao)(gao)；抑(yi)制氫(qing)(qing)脆方面(mian)鐵素(su)體(ti)(ti)不如(ru)奧氏體(ti)(ti)，而且兩(liang)相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例及晶粒(li)大小也影(ying)響氫(qing)(qing)脆敏(min)感性。微(wei)觀結構(gou)(gou)中，位(wei)錯作為可逆(ni)陷(xian)阱，位(wei)錯密度越(yue)(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)越(yue)(yue)(yue)(yue)有(you)利于氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散傳輸，從而增高(gao)(gao)氫(qing)(qing)脆敏(min)感性；相反作為不可逆(ni)陷(xian)阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀結構(gou)(gou)如(ru)金(jin)(jin)屬(shu)碳化(hua)物、晶間沉積物、轉變奧氏體(ti)(ti)結構(gou)(gou)等(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量越(yue)(yue)(yue)(yue)多，分布(bu)越(yue)(yue)(yue)(yue)均勻，氫(qing)(qing)脆敏(min)感性越(yue)(yue)(yue)(yue)低。一般認(ren)為材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶粒(li)越(yue)(yue)(yue)(yue)細(xi)、分布(bu)越(yue)(yue)(yue)(yue)均勻，缺陷(xian)越(yue)(yue)(yue)(yue)少(shao)，材料(liao)抗氫(qing)(qing)脆性能越(yue)(yue)(yue)(yue)好。此外，材料(liao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)元(yuan)素(su)與主體(ti)(ti)元(yuan)素(su)結合(he)，改(gai)變了(le)其微(wei)觀結構(gou)(gou)以及陷(xian)阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量和分布(bu)形態，從而降低或提(ti)高(gao)(gao)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆敏(min)感性。