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(qing)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(fu)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(su)的影響


  氫(qing)脆(cui)是特定材(cai)料(liao)在特定環境(jing)下的(de)脆(cui)斷(duan)現象，是環境(jing)與材(cai)料(liao)相互(hu)作(zuo)用的(de)結果。敏感材(cai)料(liao)在含(han)有氫(qing)元素(su)的(de)環境(jing)中都(dou)有可能發生氫(qing)脆(cui)，影響氫(qing)脆(cui)的(de)環境(jing)因(yin)素(su)有溫度、pH、氧化還(huan)原電位、特殊離子、氣體化合物等。


a. 溫度(du)


 氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)在溫(wen)度-30~30℃附近最敏感(gan)，一般發生在-100~150℃范圍內，在低(di)溫(wen)或高(gao)溫(wen)時(shi)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)敏感(gan)性降(jiang)低(di)。隨溫(wen)度的升(sheng)高(gao)氫(qing)(qing)(qing)在金屬中的溶解度、擴散速(su)率升(sheng)高(gao)。溫(wen)度不僅有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)透也(ye)有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)的復(fu)合，是一種雙重影響(xiang)。溫(wen)度主要通過(guo)影響(xiang)材料(liao)中氫(qing)(qing)(qing)濃(nong)度、氫(qing)(qing)(qing)擴散速(su)率從而影響(xiang)材料(liao)的氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)。


b. pH值


  pH值(zhi)(zhi)的(de)(de)大(da)小直接決(jue)定了(le)H+的(de)(de)多少(shao)(shao)，進而(er)可能(neng)影(ying)響氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)，但并不(bu)是(shi)簡單的(de)(de)pH越低(di)(di)氫(qing)脆越容易(yi)發生(sheng)。不(bu)同的(de)(de)材料(liao)和溶液會有不(bu)同的(de)(de)影(ying)響結(jie)果，通(tong)常情況下，由于(yu)pH值(zhi)(zhi)降(jiang)低(di)(di)H+增多有利(li)于(yu)氫(qing)的(de)(de)產生(sheng)，氫(qing)脆敏(min)(min)感(gan)性升(sheng)高。但E.M.K.Hillier等人研究發現，電鍍中pH值(zhi)(zhi)降(jiang)低(di)(di)有利(li)于(yu)能(neng)抑(yi)制氫(qing)脆的(de)(de)富鈷(gu)相(xiang)的(de)(de)形成(cheng)，從而(er)降(jiang)低(di)(di)了(le)材料(liao)的(de)(de)氫(qing)脆敏(min)(min)感(gan)性。雖然在高pH值(zhi)(zhi)條件下H+較少(shao)(shao)，但并不(bu)一定影(ying)響氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)，主要(yao)起決(jue)定作用的(de)(de)是(shi)陰極反應。


c. 氧(yang)化還原電位


  電(dian)(dian)位(wei)(wei)越負越有利(li)于析(xi)氫反應(ying)的(de)(de)發生(sheng)，因此更(geng)有利(li)于氫脆(cui)(cui)的(de)(de)發生(sheng)。Wen-Ta Tsai等(deng)人(ren)的(de)(de)研(yan)究發現2205雙相不銹鋼在陽極電(dian)(dian)位(wei)(wei)區以及腐蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)附(fu)近（380~500mV范圍內）均不發生(sheng)氫脆(cui)(cui)，只有當(dang)電(dian)(dian)位(wei)(wei)處(chu)于較負的(de)(de)陰極電(dian)(dian)位(wei)(wei)區（＜900mV)時才發生(sheng)氫脆(cui)(cui)。說明電(dian)(dian)位(wei)(wei)降低氫脆(cui)(cui)敏感性增高。特(te)別是在對(dui)材(cai)料(liao)進行陰極保(bao)護(hu)時，控(kong)制(zhi)保(bao)護(hu)電(dian)(dian)位(wei)(wei)對(dui)預防氫脆(cui)(cui)更(geng)重要。


d. 特殊(shu)離子(zi)


  環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)主要通過影(ying)響氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)產生(sheng)，進(jin)而影(ying)響材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)脆。其中(zhong)，由于(yu)硫化氫(qing)(qing)(qing)或硫離(li)子(zi)(zi)引發的(de)(de)(de)(de)SCC是目前國內外學者研(yan)究的(de)(de)(de)(de)焦點(dian)，特別是在(zai)(zai)研(yan)究含(han)(han)硫原(yuan)油輸(shu)油管(guan)道(dao)的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)脆斷(duan)時，氫(qing)(qing)(qing)脆機理以硫化氫(qing)(qing)(qing)氫(qing)(qing)(qing)脆為(wei)主。余剛等(deng)人研(yan)究發現(xian)隨溶(rong)液(ye)中(zhong)硫化氫(qing)(qing)(qing)溶(rong)液(ye)質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)穩態滲氫(qing)(qing)(qing)電流密度逐漸增(zeng)(zeng)大(da)(da)，在(zai)(zai)高質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)區趨(qu)于(yu)穩定值(zhi)。硫化氫(qing)(qing)(qing)質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)使二價硫離(li)子(zi)(zi)含(han)(han)量(liang)增(zeng)(zeng)加，對(dui)原(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)結合成氫(qing)(qing)(qing)分子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)毒化作用(yong)也逐漸增(zeng)(zeng)強，鋼(gang)表面原(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)濃度的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)能增(zeng)(zeng)大(da)(da)滲氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)。亞硫酸(suan)根離(li)子(zi)(zi)也能促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)，特別是在(zai)(zai)含(han)(han)有二氧(yang)化硫的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)中(zhong)作用(yong)更(geng)明顯。其他的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)，如氯(lv)離(li)子(zi)(zi)能破壞金屬氧(yang)化膜，間接促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)，而且(qie)含(han)(han)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)環(huan)(huan)境(jing)，如海洋環(huan)(huan)境(jing)等(deng)是材(cai)料(liao)脆斷(duan)的(de)(de)(de)(de)敏(min)感(gan)介質(zhi)(zhi)，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)脆也有一定的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。


此外，生(sheng)物因(yin)素，如硫酸(suan)鹽還原菌(jun)（SRB)在代謝過程中產生(sheng)氫(qing)(qing)，對(dui)氫(qing)(qing)脆也會(hui)產生(sheng)一定影響。總之，環境對(dui)氫(qing)(qing)脆的影響主要是(shi)通過影響氫(qing)(qing)的來源和傳(chuan)輸擴較(jiao)敏感。



2. 材料本身對(dui)氫(qing)脆的影響(xiang)


a. 強度水平(ping)


  一(yi)般氫脆敏感性(xing)隨硬度(du)、強度(du)的升(sheng)高(gao)而增(zeng)高(gao)。由于(yu)應力梯度(du)有利于(yu)氫擴散，因此材料在使用、焊接等(deng)處理工藝過程中等(deng)造(zao)成的殘余應力會使其氫脆敏感性(xing)提高(gao)。


b. 合(he)金元素


  氫與(yu)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的金(jin)屬(shu)元(yuan)素的結合作用能力，在(zai)其中的擴散速率不(bu)(bu)同(tong)(tong)造成不(bu)(bu)同(tong)(tong)金(jin)屬(shu)材料的氫脆敏感(gan)性(xing)也不(bu)(bu)同(tong)(tong)。如在(zai)鐵(tie)鎳(nie)二(er)元(yuan)合金(jin)中，氫的滲透速率隨Ni含量的增(zeng)加而(er)增(zeng)大，欽(qin)合金(jin)對(dui)氫脆的敏感(gan)性(xing)較其他金(jin)屬(shu)更高，已經(jing)成為研究熱點(dian)。


  U.Prakash等(deng)人研(yan)究發(fa)現鐵鋁合金(jin)中C或(huo)Al的含量升高能(neng)適(shi)當抑(yi)制氫(qing)脆(cui)。


c. 微觀結構


  不(bu)同的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)以及(ji)合(he)金(jin)都有不(bu)同的(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)(guan)結(jie)構(gou)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原子在(zai)金(jin)屬(shu)中(zhong)主要(yao)是通過晶界(jie)或空隙擴(kuo)散(san)，而(er)(er)且主要(yao)偏聚在(zai)晶界(jie)、夾雜(za)物(wu)等(deng)(deng)(deng)缺(que)陷(xian)處。微(wei)觀(guan)(guan)結(jie)構(gou)直接影響了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)材(cai)(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)、偏聚、與金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互作用等(deng)(deng)(deng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)脆(cui)斷(duan)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵步驟，是氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)影響因素(su)(su)(su)。不(bu)同晶體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)構(gou)中(zhong)，馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)比貝氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)、珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)、奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)、沉積(ji)硬化鋼的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)高；貝氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)比珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)高；抑制氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)方(fang)面鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)如(ru)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，而(er)(er)且兩相(xiang)的(de)(de)(de)(de)比例及(ji)晶粒(li)大小也影響氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)。微(wei)觀(guan)(guan)結(jie)構(gou)中(zhong)，位錯作為(wei)可逆(ni)陷(xian)阱(jing)，位錯密度越高越有利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)傳輸，從(cong)而(er)(er)增(zeng)高氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)；相(xiang)反作為(wei)不(bu)可逆(ni)陷(xian)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)(guan)結(jie)構(gou)如(ru)金(jin)屬(shu)碳(tan)化物(wu)、晶間沉積(ji)物(wu)、轉變奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)構(gou)等(deng)(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)數量越多(duo)，分布越均勻，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)越低。一般認(ren)為(wei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)晶粒(li)越細、分布越均勻，缺(que)陷(xian)越少，材(cai)(cai)(cai)料(liao)抗氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)性(xing)能越好。此外(wai)，材(cai)(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)雜(za)質元素(su)(su)(su)與主體(ti)(ti)(ti)(ti)元素(su)(su)(su)結(jie)合(he)，改變了其微(wei)觀(guan)(guan)結(jie)構(gou)以及(ji)陷(xian)阱(jing)的(de)(de)(de)(de)數量和分布形態，從(cong)而(er)(er)降低或提(ti)高材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏(min)(min)感性(xing)。