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(shi)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。


  隨著(zhu)氫(qing)脆(cui)理論的(de)完善，很多學者將理論與實際(ji)結合起(qi)來，在(zai)工程(cheng)應用中(zhong)(zhong)探討氫(qing)脆(cui)現(xian)象的(de)發(fa)生機(ji)理。在(zai)石油化工行業(ye)中(zhong)(zhong)，氫(qing)致開裂(lie)事故在(zai)設備(bei)及管(guan)道中(zhong)(zhong)時有發(fa)生，氫(qing)致開裂(lie)屬于低應力脆(cui)性破壞的(de)一種，斷(duan)裂(lie)前很少(shao)出現(xian)宏(hong)觀(guan)上的(de)塑性變形，發(fa)生時往(wang)往(wang)沒有征(zheng)兆，而(er)生產過程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)物料多具有腐蝕性質(zhi)，因此學者們(men)將主要研(yan)究方(fang)向放在(zai)了(le)設備(bei)管(guan)線內部介質(zhi)對鋼材的(de)氫(qing)脆(cui)機(ji)理上。例如，盧志明等學者研(yan)究了(le)含有硫(liu)化氫(qing)的(de)介質(zhi)對于16MnR鋼的(de)應力腐蝕斷(duan)裂(lie)敏感性。


  在(zai)大氣(qi)(qi)(qi)腐蝕方面，學者們主要研(yan)究(jiu)(jiu)了(le)大氣(qi)(qi)(qi)腐蝕中陰極過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)氧還(huan)原對(dui)于鋼(gang)材的(de)(de)(de)腐蝕，卻忽略(lve)了(le)氫的(de)(de)(de)還(huan)原，所以(yi)關于大氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)中的(de)(de)(de)氫脆現(xian)象的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)并不(bu)多見。室內實驗證實，用(yong)蒸餾水濕潤過(guo)的(de)(de)(de)鋼(gang)材試樣表(biao)面可以(yi)檢測出明顯的(de)(de)(de)氫滲透(tou)電流，這說(shuo)明氫滲透(tou)現(xian)象是(shi)普遍存在(zai)的(de)(de)(de)；張大磊等人(ren)研(yan)究(jiu)(jiu)了(le)濕度對(dui)熱鍍鋅鋼(gang)材在(zai)海洋大氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)中氫脆敏感(gan)性的(de)(de)(de)影響，結果表(biao)明相對(dui)濕度在(zai)70%以(yi)上(shang)時，氫滲透(tou)電流隨著濕度的(de)(de)(de)增加而增大，氫脆敏感(gan)性提高。由此(ci)可見，海洋大氣(qi)(qi)(qi)環(huan)(huan)境(jing)中鋼(gang)材的(de)(de)(de)氫致敏感(gan)斷裂問題不(bu)容忽視。


  由氫(qing)和應(ying)(ying)力的(de)(de)共同作用(yong)導致(zhi)(zhi)的(de)(de)金(jin)屬材料產生(sheng)(sheng)脆(cui)(cui)性斷(duan)裂(lie)的(de)(de)現象，稱(cheng)為(wei)氫(qing)致(zhi)(zhi)開裂(lie)，簡稱(cheng)氫(qing)脆(cui)(cui)。近(jin)年來(lai)，應(ying)(ying)力腐蝕的(de)(de)吸(xi)氫(qing)脆(cui)(cui)變(bian)理論(lun)引起了部分科技工作者的(de)(de)關(guan)注。該理論(lun)認為(wei)由于腐蝕的(de)(de)陰極(ji)反應(ying)(ying)產生(sheng)(sheng)氫(qing)，氫(qing)原子擴散到(dao)裂(lie)縫(feng)尖端金(jin)屬內部，金(jin)屬材料在拉應(ying)(ying)力作用(yong)下脆(cui)(cui)斷(duan)。在腐蝕很(hen)(hen)強的(de)(de)海(hai)洋環境中，在金(jin)屬表(biao)面容易發生(sheng)(sheng)陰極(ji)析氫(qing)反應(ying)(ying)，造成(cheng)氫(qing)在鋼鐵表(biao)面的(de)(de)吸(xi)附(fu)及向內部的(de)(de)擴散，由于氫(qing)原子很(hen)(hen)小，很(hen)(hen)容易在金(jin)屬的(de)(de)晶(jing)格中移(yi)動，使鋼鐵結構脆(cui)(cui)變(bian)，同時在交變(bian)載荷作用(yong)下，鋼鐵結構很(hen)(hen)容易發生(sheng)(sheng)由氫(qing)脆(cui)(cui)造成(cheng)的(de)(de)斷(duan)裂(lie)，危害(hai)巨大。


  氫致開(kai)(kai)裂(lie)是重要的(de)(de)應力腐蝕(shi)機理之一。氫致開(kai)(kai)裂(lie)是原子氫在合(he)金(jin)晶(jing)體結構內的(de)(de)滲(shen)入和擴散所導致的(de)(de)脆(cui)性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)的(de)(de)現象，有(you)時又稱為(wei)氫脆(cui)或氫損(sun)傷。嚴格來說，氫脆(cui)主要涉(she)及金(jin)屬韌性(xing)(xing)的(de)(de)降(jiang)低，而氫損(sun)傷除涉(she)及韌性(xing)(xing)降(jiang)低和開(kai)(kai)裂(lie)外(wai)，還包括(kuo)金(jin)屬材(cai)料(liao)其他物(wu)理性(xing)(xing)能(neng)(neng)或化學性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)下(xia)降(jiang)，因此含義更(geng)為(wei)廣(guang)泛。


1. 氫(qing)的來源


  氫(qing)(qing)(qing)的來源可(ke)分為內氫(qing)(qing)(qing)和外氫(qing)(qing)(qing)兩(liang)種。內氫(qing)(qing)(qing)是指材料在使用前內部就已經存在的氫(qing)(qing)(qing)，主要(yao)是在冶煉、熱處理、酸洗(xi)、電(dian)鍍、焊接等過程(cheng)中吸收(shou)的氫(qing)(qing)(qing)。外氫(qing)(qing)(qing)或環境(jing)氫(qing)(qing)(qing)是指材料在使用過程(cheng)中與含氫(qing)(qing)(qing)介質接觸或進行(xing)陰極(ji)析(xi)氫(qing)(qing)(qing)反應吸收(shou)的氫(qing)(qing)(qing)。


2. 氫(qing)的傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)傳輸有(you)兩種(zhong)方(fang)(fang)式：一(yi)是(shi)擴(kuo)散，金(jin)屬(shu)(shu)(shu)中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)濃(nong)度(du)梯度(du)或應(ying)力梯度(du)時(shi)就會導致(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)擴(kuo)散。當金(jin)屬(shu)(shu)(shu)中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)濃(nong)度(du)梯度(du)時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將從濃(nong)度(du)高(gao)的(de)地方(fang)(fang)向濃(nong)度(du)低的(de)地方(fang)(fang)擴(kuo)散。在(zai)(zai)(zai)穩(wen)態條件下，擴(kuo)散遵從菲克定律。在(zai)(zai)(zai)常溫(wen)下，由(you)于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷阱的(de)存在(zai)(zai)(zai)，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)中(zhong)的(de)擴(kuo)散行為影響較大；在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫(wen)下，影響較小(xiao)。二是(shi)位(wei)錯(cuo)(cuo)遷(qian)移，位(wei)錯(cuo)(cuo)是(shi)一(yi)種(zhong)特殊的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)陷阱。位(wei)錯(cuo)(cuo)不僅能(neng)(neng)將氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原子捕獲在(zai)(zai)(zai)其周圍，形成科氏氣(qi)團，而且由(you)于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)中(zhong)擴(kuo)散快，在(zai)(zai)(zai)位(wei)錯(cuo)(cuo)運(yun)動時(shi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)團還能(neng)(neng)夠(gou)跟上位(wei)錯(cuo)(cuo)一(yi)起運(yun)動，即位(wei)錯(cuo)(cuo)能(neng)(neng)夠(gou)遷(qian)移氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)。當運(yun)動的(de)位(wei)錯(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)結合能(neng)(neng)更大的(de)不可逆陷阱時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)將被“傾倒”在(zai)(zai)(zai)這些陷阱處。


3. 氫(qing)的存在(zai)形(xing)式(shi)


 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。