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)著氫(qing)脆(cui)理(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)完善，很(hen)多學者將(jiang)理(li)論(lun)(lun)與實際結合起來(lai)，在工程應(ying)(ying)用中(zhong)(zhong)探討氫(qing)脆(cui)現(xian)象的(de)(de)(de)發生(sheng)(sheng)機理(li)。在石(shi)油(you)化工行業中(zhong)(zhong)，氫(qing)致開(kai)裂事故(gu)在設(she)備及管道中(zhong)(zhong)時(shi)有發生(sheng)(sheng)，氫(qing)致開(kai)裂屬于低應(ying)(ying)力脆(cui)性(xing)(xing)破壞的(de)(de)(de)一(yi)種，斷(duan)裂前(qian)很(hen)少出現(xian)宏觀上的(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)變形，發生(sheng)(sheng)時(shi)往(wang)往(wang)沒有征兆(zhao)，而生(sheng)(sheng)產過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)物料多具有腐(fu)蝕性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)，因此學者們將(jiang)主(zhu)要(yao)研究方向放在了(le)設(she)備管線內部介質(zhi)(zhi)對鋼材的(de)(de)(de)氫(qing)脆(cui)機理(li)上。例如，盧志明等學者研究了(le)含有硫化氫(qing)的(de)(de)(de)介質(zhi)(zhi)對于16MnR鋼的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕斷(duan)裂敏感(gan)性(xing)(xing)。


  在(zai)大(da)氣腐(fu)蝕方面(mian)，學者(zhe)們主要研(yan)(yan)究了(le)大(da)氣腐(fu)蝕中(zhong)陰極過程的(de)(de)(de)(de)氧(yang)還原(yuan)對(dui)于鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕，卻(que)忽(hu)略了(le)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)還原(yuan)，所以關于大(da)氣環境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆現象的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究并(bing)不多見(jian)。室內實驗證實，用(yong)蒸餾(liu)水(shui)濕潤過的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)材試樣表面(mian)可(ke)以檢測出明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)滲(shen)透(tou)電(dian)流(liu)，這(zhe)說明(ming)氫(qing)(qing)滲(shen)透(tou)現象是普遍存在(zai)的(de)(de)(de)(de)；張大(da)磊(lei)等人研(yan)(yan)究了(le)濕度對(dui)熱鍍鋅鋼(gang)(gang)材在(zai)海(hai)洋(yang)大(da)氣環境(jing)中(zhong)氫(qing)(qing)脆敏感性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響，結(jie)果表明(ming)相對(dui)濕度在(zai)70%以上(shang)時，氫(qing)(qing)滲(shen)透(tou)電(dian)流(liu)隨(sui)著(zhu)濕度的(de)(de)(de)(de)增加(jia)而增大(da)，氫(qing)(qing)脆敏感性(xing)提高。由此(ci)可(ke)見(jian)，海(hai)洋(yang)大(da)氣環境(jing)中(zhong)鋼(gang)(gang)材的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)致敏感斷裂問題不容忽(hu)視。


  由(you)氫(qing)和應力(li)的(de)(de)(de)共(gong)同作(zuo)用導致的(de)(de)(de)金(jin)屬材料產生(sheng)脆(cui)性(xing)斷(duan)裂(lie)的(de)(de)(de)現(xian)象，稱為氫(qing)致開(kai)裂(lie)，簡稱氫(qing)脆(cui)。近年來，應力(li)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)吸氫(qing)脆(cui)變(bian)理論(lun)引起了部分科技工作(zuo)者(zhe)的(de)(de)(de)關注。該理論(lun)認(ren)為由(you)于(yu)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)陰極反應產生(sheng)氫(qing)，氫(qing)原子(zi)擴散(san)到裂(lie)縫尖(jian)端金(jin)屬內部，金(jin)屬材料在(zai)拉應力(li)作(zuo)用下脆(cui)斷(duan)。在(zai)腐蝕(shi)很(hen)(hen)強的(de)(de)(de)海洋(yang)環境中，在(zai)金(jin)屬表面容易(yi)(yi)發生(sheng)陰極析(xi)氫(qing)反應，造(zao)(zao)成氫(qing)在(zai)鋼鐵表面的(de)(de)(de)吸附及(ji)向內部的(de)(de)(de)擴散(san)，由(you)于(yu)氫(qing)原子(zi)很(hen)(hen)小，很(hen)(hen)容易(yi)(yi)在(zai)金(jin)屬的(de)(de)(de)晶(jing)格中移動(dong)，使鋼鐵結構脆(cui)變(bian)，同時在(zai)交變(bian)載荷作(zuo)用下，鋼鐵結構很(hen)(hen)容易(yi)(yi)發生(sheng)由(you)氫(qing)脆(cui)造(zao)(zao)成的(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)，危(wei)害巨大。


  氫(qing)致開(kai)(kai)(kai)裂是重要(yao)(yao)的(de)應力腐蝕機理(li)之(zhi)一。氫(qing)致開(kai)(kai)(kai)裂是原子氫(qing)在(zai)合金(jin)(jin)晶體結構內的(de)滲入(ru)和(he)擴(kuo)散所導致的(de)脆(cui)性(xing)斷裂的(de)現(xian)象，有時又稱為氫(qing)脆(cui)或(huo)氫(qing)損傷。嚴格來說，氫(qing)脆(cui)主要(yao)(yao)涉(she)(she)及(ji)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)韌性(xing)的(de)降低，而(er)氫(qing)損傷除涉(she)(she)及(ji)韌性(xing)降低和(he)開(kai)(kai)(kai)裂外，還包括金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料其他物理(li)性(xing)能或(huo)化學性(xing)能的(de)下降，因(yin)此含義更為廣泛。


1. 氫的來(lai)源


  氫(qing)(qing)(qing)的來源可分為內(nei)氫(qing)(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)(qing)兩種。內(nei)氫(qing)(qing)(qing)是指(zhi)材料在(zai)使用前內(nei)部就已經存(cun)在(zai)的氫(qing)(qing)(qing)，主要是在(zai)冶煉、熱處理、酸洗、電鍍(du)、焊接(jie)等過程中吸收(shou)(shou)的氫(qing)(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)(qing)或(huo)環(huan)境氫(qing)(qing)(qing)是指(zhi)材料在(zai)使用過程中與(yu)含氫(qing)(qing)(qing)介質接(jie)觸或(huo)進行(xing)陰極析氫(qing)(qing)(qing)反應吸收(shou)(shou)的氫(qing)(qing)(qing)。


2. 氫的(de)傳輸(shu)


  氫(qing)的(de)(de)(de)傳輸有兩種方式：一(yi)是擴(kuo)散，金屬中(zhong)(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)氫(qing)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)梯(ti)度(du)或應(ying)力梯(ti)度(du)時(shi)就會(hui)導(dao)致氫(qing)的(de)(de)(de)擴(kuo)散。當金屬中(zhong)(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)氫(qing)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)梯(ti)度(du)時(shi)，氫(qing)將從(cong)濃(nong)(nong)度(du)高(gao)的(de)(de)(de)地方向濃(nong)(nong)度(du)低的(de)(de)(de)地方擴(kuo)散。在(zai)(zai)穩態(tai)條件下(xia)，擴(kuo)散遵從(cong)菲克定律。在(zai)(zai)常(chang)溫下(xia)，由(you)于氫(qing)陷阱的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，對氫(qing)在(zai)(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散行為(wei)影響(xiang)較(jiao)大；在(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)，影響(xiang)較(jiao)小(xiao)。二是位錯(cuo)(cuo)遷移(yi)，位錯(cuo)(cuo)是一(yi)種特殊的(de)(de)(de)氫(qing)陷阱。位錯(cuo)(cuo)不僅能將氫(qing)原子捕獲在(zai)(zai)其周圍(wei)，形成科氏氣(qi)團(tuan)，而且由(you)于氫(qing)在(zai)(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)散快，在(zai)(zai)位錯(cuo)(cuo)運動時(shi)氫(qing)氣(qi)團(tuan)還能夠跟上位錯(cuo)(cuo)一(yi)起運動，即位錯(cuo)(cuo)能夠遷移(yi)氫(qing)。當運動的(de)(de)(de)位錯(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)結合(he)能更大的(de)(de)(de)不可(ke)逆陷阱時(shi)，氫(qing)將被“傾倒”在(zai)(zai)這些陷阱處。


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。