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。


  隨(sui)著(zhu)氫(qing)脆理(li)論的(de)(de)完善，很多學(xue)(xue)者(zhe)(zhe)將理(li)論與實際結合起來，在(zai)工(gong)程應用中(zhong)探討(tao)氫(qing)脆現象的(de)(de)發(fa)生(sheng)機(ji)(ji)理(li)。在(zai)石(shi)油化工(gong)行業中(zhong)，氫(qing)致開裂事故(gu)在(zai)設(she)備及(ji)管道中(zhong)時(shi)有(you)發(fa)生(sheng)，氫(qing)致開裂屬于低應力脆性破(po)壞的(de)(de)一種，斷裂前很少出現宏觀上的(de)(de)塑性變形，發(fa)生(sheng)時(shi)往往沒有(you)征(zheng)兆，而生(sheng)產過程中(zhong)的(de)(de)物料多具有(you)腐蝕性質，因此學(xue)(xue)者(zhe)(zhe)們將主要研究方(fang)向放在(zai)了設(she)備管線內部介質對(dui)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)氫(qing)脆機(ji)(ji)理(li)上。例如(ru)，盧(lu)志明等(deng)學(xue)(xue)者(zhe)(zhe)研究了含有(you)硫化氫(qing)的(de)(de)介質對(dui)于16MnR鋼(gang)(gang)的(de)(de)應力腐蝕斷裂敏感性。


  在(zai)大氣(qi)腐(fu)(fu)蝕方(fang)面(mian)，學(xue)者們主要研(yan)究(jiu)了大氣(qi)腐(fu)(fu)蝕中(zhong)陰極過程的(de)(de)氧還原(yuan)對(dui)于(yu)鋼材(cai)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕，卻忽略(lve)了氫(qing)(qing)的(de)(de)還原(yuan)，所以(yi)關于(yu)大氣(qi)環(huan)境中(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)現象(xiang)的(de)(de)研(yan)究(jiu)并不多見(jian)。室(shi)內實驗(yan)證實，用(yong)蒸餾水(shui)濕潤過的(de)(de)鋼材(cai)試樣表(biao)面(mian)可以(yi)檢測出明(ming)顯(xian)的(de)(de)氫(qing)(qing)滲(shen)透電流，這說明(ming)氫(qing)(qing)滲(shen)透現象(xiang)是普遍存在(zai)的(de)(de)；張大磊等人研(yan)究(jiu)了濕度對(dui)熱鍍鋅鋼材(cai)在(zai)海洋大氣(qi)環(huan)境中(zhong)氫(qing)(qing)脆(cui)敏感(gan)(gan)性(xing)的(de)(de)影響，結果表(biao)明(ming)相對(dui)濕度在(zai)70%以(yi)上(shang)時(shi)，氫(qing)(qing)滲(shen)透電流隨(sui)著濕度的(de)(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)大，氫(qing)(qing)脆(cui)敏感(gan)(gan)性(xing)提高。由(you)此(ci)可見(jian)，海洋大氣(qi)環(huan)境中(zhong)鋼材(cai)的(de)(de)氫(qing)(qing)致敏感(gan)(gan)斷裂問題不容(rong)忽視。


  由(you)氫(qing)和應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)共同作用(yong)導致的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)產生脆性斷(duan)裂的(de)(de)(de)(de)(de)現象，稱為(wei)氫(qing)致開裂，簡稱氫(qing)脆。近年來，應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)吸氫(qing)脆變(bian)理論(lun)引起了部(bu)分(fen)科技工作者的(de)(de)(de)(de)(de)關注。該理論(lun)認為(wei)由(you)于腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)(de)陰(yin)極反應(ying)產生氫(qing)，氫(qing)原子擴散(san)到裂縫尖端(duan)金(jin)屬(shu)內部(bu)，金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)在拉(la)應(ying)力(li)作用(yong)下(xia)脆斷(duan)。在腐(fu)(fu)蝕很(hen)強的(de)(de)(de)(de)(de)海洋環境(jing)中，在金(jin)屬(shu)表面容易(yi)(yi)發生陰(yin)極析(xi)氫(qing)反應(ying)，造(zao)成(cheng)氫(qing)在鋼(gang)鐵(tie)(tie)表面的(de)(de)(de)(de)(de)吸附(fu)及(ji)向內部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)擴散(san)，由(you)于氫(qing)原子很(hen)小(xiao)，很(hen)容易(yi)(yi)在金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)格中移動，使鋼(gang)鐵(tie)(tie)結構(gou)脆變(bian)，同時在交變(bian)載荷作用(yong)下(xia)，鋼(gang)鐵(tie)(tie)結構(gou)很(hen)容易(yi)(yi)發生由(you)氫(qing)脆造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂，危害巨大(da)。


  氫(qing)致開裂(lie)是重要(yao)的(de)(de)應力(li)腐(fu)蝕機(ji)理之一。氫(qing)致開裂(lie)是原(yuan)子氫(qing)在合金(jin)晶體結(jie)構內的(de)(de)滲入和(he)(he)擴散所導致的(de)(de)脆性(xing)斷裂(lie)的(de)(de)現(xian)象，有時又稱為氫(qing)脆或(huo)(huo)氫(qing)損(sun)傷。嚴格來說，氫(qing)脆主要(yao)涉(she)及金(jin)屬(shu)(shu)韌(ren)性(xing)的(de)(de)降低(di)，而氫(qing)損(sun)傷除(chu)涉(she)及韌(ren)性(xing)降低(di)和(he)(he)開裂(lie)外(wai)，還(huan)包括(kuo)金(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)其他物理性(xing)能或(huo)(huo)化學性(xing)能的(de)(de)下降，因(yin)此(ci)含義(yi)更為廣泛。


1. 氫的來源(yuan)


  氫(qing)(qing)的(de)來源(yuan)可(ke)分為內(nei)氫(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)兩種(zhong)。內(nei)氫(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)使用(yong)前內(nei)部就已經存(cun)在(zai)的(de)氫(qing)(qing)，主要是(shi)在(zai)冶煉(lian)、熱(re)處理、酸洗、電鍍、焊接等過程(cheng)中(zhong)吸收的(de)氫(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)或(huo)環境氫(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)使用(yong)過程(cheng)中(zhong)與含氫(qing)(qing)介質接觸或(huo)進行(xing)陰極析氫(qing)(qing)反應(ying)吸收的(de)氫(qing)(qing)。


2. 氫的傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)傳輸有兩種方(fang)式：一是擴(kuo)散(san)，金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)存在(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃度(du)梯(ti)度(du)或(huo)應力梯(ti)度(du)時(shi)(shi)(shi)就會導致(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)。當金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)存在(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃度(du)梯(ti)度(du)時(shi)(shi)(shi)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)從濃度(du)高(gao)的(de)(de)(de)地方(fang)向濃度(du)低的(de)(de)(de)地方(fang)擴(kuo)散(san)。在(zai)穩態條(tiao)件下(xia)，擴(kuo)散(san)遵從菲克定(ding)律。在(zai)常溫下(xia)，由(you)于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱(jing)的(de)(de)(de)存在(zai)，對氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)行為(wei)影響(xiang)較大；在(zai)高(gao)溫下(xia)，影響(xiang)較小。二是位錯(cuo)遷(qian)移，位錯(cuo)是一種特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱(jing)。位錯(cuo)不(bu)僅能(neng)將(jiang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子捕獲在(zai)其周圍，形成(cheng)科(ke)氏氣團(tuan)，而(er)且由(you)于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)擴(kuo)散(san)快，在(zai)位錯(cuo)運動時(shi)(shi)(shi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣團(tuan)還能(neng)夠(gou)(gou)跟上位錯(cuo)一起(qi)運動，即位錯(cuo)能(neng)夠(gou)(gou)遷(qian)移氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)。當運動的(de)(de)(de)位錯(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)結(jie)合能(neng)更大的(de)(de)(de)不(bu)可逆(ni)陷(xian)阱(jing)時(shi)(shi)(shi)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)被“傾倒”在(zai)這些陷(xian)阱(jing)處。


3. 氫的(de)存(cun)在形(xing)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。