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(kai)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)脆理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)完善，很多學(xue)者(zhe)(zhe)將(jiang)理(li)(li)論(lun)(lun)與實際結合起(qi)來，在工(gong)程(cheng)應用中(zhong)探討氫(qing)脆現象(xiang)的(de)(de)發生(sheng)機(ji)理(li)(li)。在石油化工(gong)行業中(zhong)，氫(qing)致(zhi)開(kai)裂事故在設(she)備及管道中(zhong)時(shi)有發生(sheng)，氫(qing)致(zhi)開(kai)裂屬(shu)于低(di)應力脆性破壞(huai)的(de)(de)一(yi)種，斷裂前很少出現宏觀(guan)上(shang)的(de)(de)塑性變形，發生(sheng)時(shi)往往沒(mei)有征兆，而生(sheng)產過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)物料多具(ju)有腐蝕性質，因此(ci)學(xue)者(zhe)(zhe)們將(jiang)主要研究方向放在了設(she)備管線內部介(jie)質對鋼(gang)材的(de)(de)氫(qing)脆機(ji)理(li)(li)上(shang)。例如，盧志(zhi)明等學(xue)者(zhe)(zhe)研究了含(han)有硫化氫(qing)的(de)(de)介(jie)質對于16MnR鋼(gang)的(de)(de)應力腐蝕斷裂敏(min)感性。


  在(zai)大氣(qi)腐(fu)(fu)蝕方面，學(xue)者們主要研究(jiu)了(le)大氣(qi)腐(fu)(fu)蝕中(zhong)陰極過(guo)程的(de)氧還(huan)原對于鋼(gang)(gang)材的(de)腐(fu)(fu)蝕，卻忽略了(le)氫(qing)(qing)的(de)還(huan)原，所(suo)以(yi)關于大氣(qi)環境(jing)中(zhong)的(de)氫(qing)(qing)脆現象的(de)研究(jiu)并不多見(jian)。室(shi)內實驗證實，用蒸(zheng)餾水(shui)濕(shi)潤過(guo)的(de)鋼(gang)(gang)材試樣表(biao)面可以(yi)檢測出明顯的(de)氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)電流，這說(shuo)明氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)現象是普遍存在(zai)的(de)；張大磊(lei)等人(ren)研究(jiu)了(le)濕(shi)度(du)(du)對熱鍍(du)鋅鋼(gang)(gang)材在(zai)海洋大氣(qi)環境(jing)中(zhong)氫(qing)(qing)脆敏感(gan)性的(de)影響，結果表(biao)明相(xiang)對濕(shi)度(du)(du)在(zai)70%以(yi)上(shang)時，氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)電流隨著濕(shi)度(du)(du)的(de)增(zeng)加而增(zeng)大，氫(qing)(qing)脆敏感(gan)性提高。由此可見(jian)，海洋大氣(qi)環境(jing)中(zhong)鋼(gang)(gang)材的(de)氫(qing)(qing)致敏感(gan)斷裂(lie)問題不容(rong)忽視(shi)。


  由(you)(you)氫(qing)(qing)(qing)和(he)應(ying)(ying)(ying)力的(de)共同作(zuo)用導致(zhi)的(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料產生脆性斷裂(lie)的(de)現(xian)象，稱為氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)開裂(lie)，簡稱氫(qing)(qing)(qing)脆。近年來，應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕的(de)吸(xi)氫(qing)(qing)(qing)脆變(bian)理論引起了部(bu)分科技工作(zuo)者的(de)關(guan)注(zhu)。該理論認為由(you)(you)于腐(fu)蝕的(de)陰極(ji)反應(ying)(ying)(ying)產生氫(qing)(qing)(qing)，氫(qing)(qing)(qing)原子擴散到裂(lie)縫(feng)尖端金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)內部(bu)，金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料在(zai)(zai)拉應(ying)(ying)(ying)力作(zuo)用下脆斷。在(zai)(zai)腐(fu)蝕很強的(de)海洋(yang)環(huan)境中，在(zai)(zai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)表(biao)面容易發生陰極(ji)析(xi)氫(qing)(qing)(qing)反應(ying)(ying)(ying)，造成氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)鋼(gang)鐵(tie)表(biao)面的(de)吸(xi)附及向(xiang)內部(bu)的(de)擴散，由(you)(you)于氫(qing)(qing)(qing)原子很小(xiao)，很容易在(zai)(zai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)晶格中移動，使鋼(gang)鐵(tie)結構脆變(bian)，同時在(zai)(zai)交變(bian)載荷(he)作(zuo)用下，鋼(gang)鐵(tie)結構很容易發生由(you)(you)氫(qing)(qing)(qing)脆造成的(de)斷裂(lie)，危害(hai)巨大。


  氫(qing)致開裂(lie)是重要的應(ying)力腐(fu)蝕機理之一(yi)。氫(qing)致開裂(lie)是原(yuan)子(zi)氫(qing)在合金晶體結構內的滲入和(he)擴散(san)所(suo)導致的脆性(xing)斷(duan)裂(lie)的現象(xiang)，有時又稱為(wei)氫(qing)脆或氫(qing)損傷(shang)。嚴格來說，氫(qing)脆主要涉(she)及(ji)(ji)金屬韌(ren)性(xing)的降低，而氫(qing)損傷(shang)除(chu)涉(she)及(ji)(ji)韌(ren)性(xing)降低和(he)開裂(lie)外，還包(bao)括金屬材料其他物(wu)理性(xing)能或化學性(xing)能的下降，因(yin)此含義更為(wei)廣泛(fan)。


1. 氫(qing)的來源


  氫(qing)的來源(yuan)可分(fen)為內氫(qing)和外氫(qing)兩(liang)種。內氫(qing)是指(zhi)材(cai)料(liao)在使(shi)用(yong)前內部就已經存在的氫(qing)，主(zhu)要(yao)是在冶煉、熱處理、酸洗、電(dian)鍍、焊接等過(guo)程中吸(xi)收的氫(qing)。外氫(qing)或環境氫(qing)是指(zhi)材(cai)料(liao)在使(shi)用(yong)過(guo)程中與(yu)含氫(qing)介(jie)質(zhi)接觸或進行陰極析(xi)氫(qing)反應吸(xi)收的氫(qing)。


2. 氫的(de)傳輸


  氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)輸有兩種(zhong)方(fang)式：一(yi)(yi)是(shi)擴(kuo)(kuo)散(san)，金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)存在(zai)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度梯(ti)度或應(ying)力梯(ti)度時就會導致氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)。當(dang)金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)存在(zai)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度梯(ti)度時，氫(qing)(qing)將(jiang)從(cong)濃(nong)度高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地方(fang)向濃(nong)度低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地方(fang)擴(kuo)(kuo)散(san)。在(zai)穩態條件下(xia)，擴(kuo)(kuo)散(san)遵從(cong)菲克定律。在(zai)常溫(wen)(wen)下(xia)，由于氫(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)，對氫(qing)(qing)在(zai)金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)行為影響(xiang)較大(da)；在(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)，影響(xiang)較小。二是(shi)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)遷移(yi)，位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱。位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)不僅(jin)能(neng)(neng)將(jiang)氫(qing)(qing)原子捕獲在(zai)其周圍，形成科氏氣(qi)團(tuan)，而且由于氫(qing)(qing)在(zai)金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)擴(kuo)(kuo)散(san)快(kuai)，在(zai)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)運動(dong)時氫(qing)(qing)氣(qi)團(tuan)還能(neng)(neng)夠跟上位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)一(yi)(yi)起運動(dong)，即位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)能(neng)(neng)夠遷移(yi)氫(qing)(qing)。當(dang)運動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)遇(yu)到與氫(qing)(qing)結合(he)能(neng)(neng)更(geng)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不可(ke)逆陷(xian)(xian)阱時，氫(qing)(qing)將(jiang)被“傾(qing)倒(dao)”在(zai)這些(xie)陷(xian)(xian)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。