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(ying)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。


1. 環(huan)境(jing)因素的影響


  氫脆(cui)(cui)是特(te)定材料在特(te)定環(huan)境(jing)下(xia)的脆(cui)(cui)斷現象，是環(huan)境(jing)與材料相互作用的結果(guo)。敏感材料在含(han)有氫元素(su)的環(huan)境(jing)中都有可能發生氫脆(cui)(cui)，影響氫脆(cui)(cui)的環(huan)境(jing)因素(su)有溫度(du)、pH、氧化(hua)還原電位、特(te)殊(shu)離(li)子、氣體化(hua)合(he)物(wu)等。


a. 溫度


 氫(qing)(qing)脆在(zai)溫(wen)(wen)度(du)-30~30℃附近最(zui)敏感(gan)(gan)，一(yi)般(ban)發生在(zai)-100~150℃范圍內，在(zai)低(di)溫(wen)(wen)或(huo)高(gao)溫(wen)(wen)時氫(qing)(qing)脆敏感(gan)(gan)性降(jiang)低(di)。隨(sui)溫(wen)(wen)度(du)的(de)升高(gao)氫(qing)(qing)在(zai)金屬中(zhong)的(de)溶解(jie)度(du)、擴(kuo)散速(su)率升高(gao)。溫(wen)(wen)度(du)不(bu)僅有(you)利于氫(qing)(qing)滲透也有(you)利于氫(qing)(qing)的(de)復合，是一(yi)種雙重影(ying)響(xiang)。溫(wen)(wen)度(du)主(zhu)要(yao)通過影(ying)響(xiang)材(cai)料中(zhong)氫(qing)(qing)濃度(du)、氫(qing)(qing)擴(kuo)散速(su)率從而影(ying)響(xiang)材(cai)料的(de)氫(qing)(qing)脆。


b. pH值(zhi)


  pH值(zhi)的(de)(de)大小直接決定(ding)(ding)了H+的(de)(de)多少(shao)，進而可能影響(xiang)氫(qing)的(de)(de)生成(cheng)，但(dan)(dan)并不(bu)是簡(jian)單(dan)的(de)(de)pH越低(di)(di)氫(qing)脆(cui)越容易發生。不(bu)同的(de)(de)材料(liao)和溶液(ye)會有(you)不(bu)同的(de)(de)影響(xiang)結果(guo)，通常情況下，由于(yu)pH值(zhi)降低(di)(di)H+增多有(you)利于(yu)氫(qing)的(de)(de)產生，氫(qing)脆(cui)敏(min)感性升高(gao)。但(dan)(dan)E.M.K.Hillier等人研究發現，電鍍中pH值(zhi)降低(di)(di)有(you)利于(yu)能抑制氫(qing)脆(cui)的(de)(de)富鈷相(xiang)的(de)(de)形成(cheng)，從而降低(di)(di)了材料(liao)的(de)(de)氫(qing)脆(cui)敏(min)感性。雖(sui)然在高(gao)pH值(zhi)條件下H+較少(shao)，但(dan)(dan)并不(bu)一定(ding)(ding)影響(xiang)氫(qing)的(de)(de)生成(cheng)，主要起決定(ding)(ding)作用的(de)(de)是陰極(ji)反應。


c. 氧化還原電位(wei)


  電位(wei)(wei)越負越有(you)利于析氫反應的(de)發生(sheng)，因此更有(you)利于氫脆(cui)的(de)發生(sheng)。Wen-Ta Tsai等人(ren)的(de)研(yan)究發現2205雙相不(bu)(bu)銹鋼在(zai)陽極電位(wei)(wei)區以及(ji)腐蝕(shi)電位(wei)(wei)附近（380~500mV范(fan)圍內）均不(bu)(bu)發生(sheng)氫脆(cui)，只(zhi)有(you)當電位(wei)(wei)處于較(jiao)負的(de)陰極電位(wei)(wei)區（＜900mV)時(shi)才(cai)發生(sheng)氫脆(cui)。說明電位(wei)(wei)降(jiang)低(di)氫脆(cui)敏(min)感性增高。特別是在(zai)對材料進行陰極保護時(shi)，控制保護電位(wei)(wei)對預防氫脆(cui)更重要。


d. 特殊離子


  環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)主要通過影(ying)(ying)響氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)產生，進(jin)(jin)而(er)影(ying)(ying)響材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)。其(qi)中(zhong)，由于硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或硫(liu)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)引發的(de)(de)(de)(de)SCC是目前國內外(wai)學者研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)焦點，特別是在(zai)研究(jiu)含(han)硫(liu)原油(you)輸油(you)管(guan)道的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)脆(cui)斷時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)機理以硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)為主。余剛等(deng)人研究(jiu)發現隨溶液中(zhong)硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)溶液質(zhi)量分數(shu)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)穩態滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)電流密度(du)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)大(da)(da)，在(zai)高質(zhi)量分數(shu)區趨于穩定值。硫(liu)化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)質(zhi)量分數(shu)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)使二(er)價硫(liu)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)含(han)量增(zeng)加，對原子(zi)(zi)(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)結合(he)成氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)毒化(hua)作用(yong)也(ye)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)強(qiang)，鋼(gang)表(biao)面原子(zi)(zi)(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)濃度(du)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)能(neng)(neng)增(zeng)大(da)(da)滲(shen)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)率。亞硫(liu)酸根離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)也(ye)能(neng)(neng)促進(jin)(jin)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)(tou)，特別是在(zai)含(han)有(you)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)硫(liu)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)(tou)中(zhong)作用(yong)更明顯(xian)。其(qi)他的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)，如(ru)氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)破壞金屬氧(yang)(yang)化(hua)膜，間(jian)接促進(jin)(jin)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)(tou)，而(er)且含(han)氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)環(huan)(huan)境(jing)，如(ru)海洋(yang)環(huan)(huan)境(jing)等(deng)是材(cai)料(liao)脆(cui)斷的(de)(de)(de)(de)敏感(gan)介質(zhi)，對氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)也(ye)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。


此外，生物(wu)因素，如(ru)硫酸鹽還原菌（SRB)在代謝過(guo)程中(zhong)產生氫，對(dui)氫脆(cui)也會產生一(yi)定(ding)影響。總之(zhi)，環境對(dui)氫脆(cui)的(de)影響主要是(shi)通過(guo)影響氫的(de)來源和傳(chuan)輸擴較敏感。



2. 材(cai)料本身對氫脆的(de)影(ying)響


a. 強度水平(ping)


  一般(ban)氫脆(cui)敏感(gan)性隨硬(ying)度(du)、強(qiang)度(du)的升高(gao)(gao)而增(zeng)高(gao)(gao)。由(you)于應力梯度(du)有利于氫擴散，因(yin)此(ci)材料在使用、焊接等處理工藝過(guo)程中(zhong)等造(zao)成的殘余應力會使其氫脆(cui)敏感(gan)性提高(gao)(gao)。


b. 合(he)金元素


  氫與不(bu)同(tong)(tong)的(de)金(jin)(jin)屬(shu)元(yuan)素的(de)結合(he)作(zuo)用能(neng)力(li)，在其中的(de)擴散速率(lv)(lv)不(bu)同(tong)(tong)造成(cheng)不(bu)同(tong)(tong)金(jin)(jin)屬(shu)材料的(de)氫脆敏感性也(ye)不(bu)同(tong)(tong)。如在鐵鎳二(er)元(yuan)合(he)金(jin)(jin)中，氫的(de)滲透(tou)速率(lv)(lv)隨Ni含量的(de)增加而增大，欽合(he)金(jin)(jin)對(dui)氫脆的(de)敏感性較(jiao)其他(ta)金(jin)(jin)屬(shu)更高(gao)，已(yi)經成(cheng)為(wei)研(yan)究熱點。


  U.Prakash等人研(yan)究發現鐵(tie)鋁合金中C或Al的含量升高能適當抑制氫脆。


c. 微觀結構(gou)


  不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)金屬以及合金都有不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)結構(gou)，氫(qing)(qing)原子在(zai)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)主(zhu)要是通(tong)過晶(jing)界或空隙擴(kuo)散，而且主(zhu)要偏聚(ju)在(zai)晶(jing)界、夾雜物等缺陷(xian)處。微(wei)觀(guan)結構(gou)直(zhi)接影(ying)響(xiang)了(le)氫(qing)(qing)在(zai)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散、偏聚(ju)、與(yu)金屬的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用等材(cai)料(liao)脆(cui)(cui)斷過程中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)步驟，是氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要影(ying)響(xiang)因素(su)。不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)晶(jing)體(ti)(ti)結構(gou)中(zhong)(zhong)(zhong)，馬氏(shi)體(ti)(ti)比貝氏(shi)體(ti)(ti)、珠光體(ti)(ti)、鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)、奧氏(shi)體(ti)(ti)、沉積硬化鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性高；貝氏(shi)體(ti)(ti)比珠光體(ti)(ti)、鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性高；抑(yi)制氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)方面鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)如奧氏(shi)體(ti)(ti)，而且兩相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)比例及晶(jing)粒大小也影(ying)響(xiang)氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性。微(wei)觀(guan)結構(gou)中(zhong)(zhong)(zhong)，位錯作(zuo)為(wei)可逆(ni)陷(xian)阱，位錯密度越(yue)(yue)高越(yue)(yue)有利于氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散傳輸，從而增高氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性；相(xiang)反(fan)作(zuo)為(wei)不(bu)(bu)(bu)可逆(ni)陷(xian)阱的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)結構(gou)如金屬碳化物、晶(jing)間沉積物、轉變奧氏(shi)體(ti)(ti)結構(gou)等的(de)(de)(de)(de)(de)數量越(yue)(yue)多(duo)，分(fen)布越(yue)(yue)均勻(yun)(yun)，氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性越(yue)(yue)低。一般認為(wei)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)粒越(yue)(yue)細、分(fen)布越(yue)(yue)均勻(yun)(yun)，缺陷(xian)越(yue)(yue)少，材(cai)料(liao)抗氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)性能越(yue)(yue)好。此外，材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)元素(su)與(yu)主(zhu)體(ti)(ti)元素(su)結合，改變了(le)其微(wei)觀(guan)結構(gou)以及陷(xian)阱的(de)(de)(de)(de)(de)數量和分(fen)布形態，從而降低或提高材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)敏(min)感(gan)性。