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)腐蝕開(kai)裂(lie)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. 環境因素的影響(xiang)


  氫(qing)脆(cui)是特(te)定材料在(zai)特(te)定環(huan)境下的(de)脆(cui)斷現象，是環(huan)境與材料相(xiang)互作用(yong)的(de)結(jie)果。敏感材料在(zai)含有氫(qing)元(yuan)素(su)的(de)環(huan)境中都(dou)有可能發生氫(qing)脆(cui)，影響(xiang)氫(qing)脆(cui)的(de)環(huan)境因素(su)有溫度(du)、pH、氧(yang)化還(huan)原電位、特(te)殊離子、氣體化合物等。


a. 溫(wen)度


 氫脆(cui)(cui)在溫(wen)(wen)(wen)度-30~30℃附近(jin)最(zui)敏感(gan)，一般發生在-100~150℃范(fan)圍內，在低溫(wen)(wen)(wen)或高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時氫脆(cui)(cui)敏感(gan)性(xing)降低。隨(sui)溫(wen)(wen)(wen)度的(de)升高(gao)氫在金(jin)屬中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度、擴散(san)速率(lv)升高(gao)。溫(wen)(wen)(wen)度不僅有利(li)于氫滲透也有利(li)于氫的(de)復合(he)，是一種雙重影響。溫(wen)(wen)(wen)度主要通過(guo)影響材(cai)料(liao)中(zhong)氫濃度、氫擴散(san)速率(lv)從而影響材(cai)料(liao)的(de)氫脆(cui)(cui)。


b. pH值


  pH值(zhi)的(de)(de)大小直接決定了H+的(de)(de)多少，進而可能影(ying)(ying)響(xiang)氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)，但并不(bu)(bu)是簡單的(de)(de)pH越低(di)氫(qing)脆(cui)(cui)越容易發生(sheng)。不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)材料(liao)和(he)溶(rong)液會有不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)結果(guo)，通常情(qing)況下，由于pH值(zhi)降(jiang)低(di)H+增多有利于氫(qing)的(de)(de)產生(sheng)，氫(qing)脆(cui)(cui)敏感性(xing)升高。但E.M.K.Hillier等人(ren)研究(jiu)發現，電(dian)鍍(du)中pH值(zhi)降(jiang)低(di)有利于能抑制氫(qing)脆(cui)(cui)的(de)(de)富(fu)鈷相的(de)(de)形(xing)成(cheng)，從而降(jiang)低(di)了材料(liao)的(de)(de)氫(qing)脆(cui)(cui)敏感性(xing)。雖然在高pH值(zhi)條件下H+較少，但并不(bu)(bu)一定影(ying)(ying)響(xiang)氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)，主要起決定作用的(de)(de)是陰極(ji)反應。


c. 氧化(hua)還(huan)原電位


  電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)越負越有(you)利(li)于析氫(qing)反應的(de)發(fa)生(sheng)，因此(ci)更有(you)利(li)于氫(qing)脆(cui)的(de)發(fa)生(sheng)。Wen-Ta Tsai等(deng)人的(de)研究發(fa)現2205雙相不銹(xiu)鋼在陽(yang)極(ji)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)區(qu)以及腐蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)附近（380~500mV范圍(wei)內）均(jun)不發(fa)生(sheng)氫(qing)脆(cui)，只(zhi)有(you)當電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)處于較負的(de)陰極(ji)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)區(qu)（＜900mV)時才發(fa)生(sheng)氫(qing)脆(cui)。說(shuo)明電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)降低氫(qing)脆(cui)敏感性(xing)增高(gao)。特(te)別是在對材料進行陰極(ji)保(bao)護時，控制保(bao)護電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)對預防氫(qing)脆(cui)更重(zhong)要(yao)。


d. 特(te)殊離(li)子(zi)


  環境(jing)中的(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)主(zhu)要通過影響氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)產生，進而影響材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆。其(qi)中，由于(yu)(yu)硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)或(huo)硫離(li)子(zi)(zi)引發的(de)(de)(de)SCC是目(mu)前(qian)國內(nei)外學者(zhe)研(yan)究的(de)(de)(de)焦(jiao)點(dian)，特別(bie)是在(zai)研(yan)究含(han)(han)硫原(yuan)(yuan)油(you)輸油(you)管道(dao)的(de)(de)(de)環境(jing)脆斷時(shi)，氫(qing)(qing)脆機理以(yi)硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)氫(qing)(qing)脆為主(zhu)。余剛等人研(yan)究發現隨(sui)溶液中硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)溶液質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)穩態滲(shen)氫(qing)(qing)電流密度逐(zhu)漸增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)，在(zai)高質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)區(qu)趨(qu)于(yu)(yu)穩定值。硫化(hua)(hua)氫(qing)(qing)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)使二(er)價(jia)硫離(li)子(zi)(zi)含(han)(han)量(liang)(liang)增(zeng)(zeng)(zeng)加，對(dui)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)結合成氫(qing)(qing)分(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)毒化(hua)(hua)作用也(ye)(ye)逐(zhu)漸增(zeng)(zeng)(zeng)強，鋼(gang)表(biao)面(mian)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)濃度的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)能(neng)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)滲(shen)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)效(xiao)率。亞硫酸根(gen)離(li)子(zi)(zi)也(ye)(ye)能(neng)促進氫(qing)(qing)滲(shen)透，特別(bie)是在(zai)含(han)(han)有(you)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫的(de)(de)(de)大(da)氣氫(qing)(qing)滲(shen)透中作用更明顯。其(qi)他的(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)，如氯離(li)子(zi)(zi)能(neng)破壞金(jin)屬氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜，間接促進氫(qing)(qing)滲(shen)透，而且含(han)(han)氯離(li)子(zi)(zi)環境(jing)，如海洋環境(jing)等是材(cai)料(liao)脆斷的(de)(de)(de)敏感介質(zhi)，對(dui)氫(qing)(qing)脆也(ye)(ye)有(you)一定的(de)(de)(de)影響。


此外(wai)，生(sheng)物因素，如硫酸鹽(yan)還原(yuan)菌（SRB)在代謝(xie)過程中產生(sheng)氫(qing)，對氫(qing)脆也會產生(sheng)一定影(ying)(ying)響(xiang)。總之，環境對氫(qing)脆的(de)影(ying)(ying)響(xiang)主要是(shi)通(tong)過影(ying)(ying)響(xiang)氫(qing)的(de)來源和傳輸擴較敏感。



2. 材料本身(shen)對氫(qing)脆的(de)影響


a. 強(qiang)度水平


  一(yi)般氫(qing)脆(cui)敏感性隨(sui)硬度、強度的升高而增高。由于(yu)應(ying)力(li)梯度有利(li)于(yu)氫(qing)擴散，因此材料在使用、焊接(jie)等處理工藝過程中等造成的殘余應(ying)力(li)會使其(qi)氫(qing)脆(cui)敏感性提高。


b. 合(he)金元素


  氫(qing)與不同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)金(jin)屬元素(su)的(de)(de)結合(he)作用能(neng)力，在其中的(de)(de)擴散速(su)率(lv)不同(tong)(tong)(tong)造成不同(tong)(tong)(tong)金(jin)屬材料的(de)(de)氫(qing)脆敏感性(xing)也(ye)不同(tong)(tong)(tong)。如(ru)在鐵鎳二元合(he)金(jin)中，氫(qing)的(de)(de)滲透速(su)率(lv)隨Ni含量的(de)(de)增加而增大，欽合(he)金(jin)對氫(qing)脆的(de)(de)敏感性(xing)較其他金(jin)屬更高，已經(jing)成為研究(jiu)熱點(dian)。


  U.Prakash等人研究發現鐵鋁合金中C或Al的(de)含量升高能適當抑制氫脆。


c. 微(wei)觀結構


  不(bu)同(tong)的(de)(de)金屬(shu)以(yi)及(ji)合(he)金都有不(bu)同(tong)的(de)(de)微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)，氫原(yuan)子在金屬(shu)中(zhong)(zhong)主要是(shi)通(tong)過(guo)晶界或空隙擴(kuo)散，而(er)且(qie)主要偏聚(ju)在晶界、夾(jia)雜物(wu)等缺陷(xian)(xian)處。微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)直接(jie)影響了(le)氫在材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散、偏聚(ju)、與金屬(shu)的(de)(de)相(xiang)互作用等材(cai)料(liao)(liao)脆(cui)(cui)(cui)斷過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)關鍵步驟，是(shi)氫脆(cui)(cui)(cui)的(de)(de)重要影響因素(su)。不(bu)同(tong)晶體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)中(zhong)(zhong)，馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)貝(bei)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)、珠光體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)、奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)、沉積硬化(hua)鋼的(de)(de)氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性高；貝(bei)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)珠光體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性高；抑制氫脆(cui)(cui)(cui)方(fang)面鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)如奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，而(er)且(qie)兩(liang)相(xiang)的(de)(de)比(bi)(bi)例及(ji)晶粒大小也(ye)影響氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性。微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)中(zhong)(zhong)，位錯(cuo)作為可(ke)逆(ni)陷(xian)(xian)阱(jing)(jing)，位錯(cuo)密度越高越有利于氫的(de)(de)擴(kuo)散傳輸(shu)，從而(er)增(zeng)高氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性；相(xiang)反作為不(bu)可(ke)逆(ni)陷(xian)(xian)阱(jing)(jing)的(de)(de)微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)如金屬(shu)碳化(hua)物(wu)、晶間(jian)沉積物(wu)、轉變奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)等的(de)(de)數量越多，分布越均(jun)(jun)勻，氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性越低。一(yi)般認為材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)晶粒越細、分布越均(jun)(jun)勻，缺陷(xian)(xian)越少，材(cai)料(liao)(liao)抗氫脆(cui)(cui)(cui)性能越好。此(ci)外，材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)雜質元素(su)與主體(ti)(ti)(ti)(ti)元素(su)結(jie)(jie)(jie)合(he)，改變了(le)其微(wei)觀(guan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)以(yi)及(ji)陷(xian)(xian)阱(jing)(jing)的(de)(de)數量和分布形態，從而(er)降低或提高材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)氫脆(cui)(cui)(cui)敏(min)(min)感(gan)性。