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. 環境因素的(de)影響


  氫脆是(shi)特(te)定材料在特(te)定環(huan)(huan)(huan)境(jing)下的脆斷現象，是(shi)環(huan)(huan)(huan)境(jing)與(yu)材料相互作用(yong)的結果。敏感(gan)材料在含有氫元素的環(huan)(huan)(huan)境(jing)中都有可能(neng)發生氫脆，影響氫脆的環(huan)(huan)(huan)境(jing)因素有溫度、pH、氧化(hua)還原(yuan)電位(wei)、特(te)殊離子、氣體化(hua)合物等。


a. 溫度


 氫(qing)(qing)脆在溫(wen)度(du)-30~30℃附近最敏感(gan)，一(yi)般發(fa)生在-100~150℃范圍內(nei)，在低溫(wen)或高溫(wen)時氫(qing)(qing)脆敏感(gan)性降低。隨溫(wen)度(du)的升高氫(qing)(qing)在金屬中(zhong)的溶解(jie)度(du)、擴(kuo)(kuo)散速率(lv)升高。溫(wen)度(du)不(bu)僅有利于氫(qing)(qing)滲透也有利于氫(qing)(qing)的復(fu)合，是一(yi)種(zhong)雙重(zhong)影響(xiang)。溫(wen)度(du)主要通過影響(xiang)材料(liao)中(zhong)氫(qing)(qing)濃度(du)、氫(qing)(qing)擴(kuo)(kuo)散速率(lv)從而影響(xiang)材料(liao)的氫(qing)(qing)脆。


b. pH值


  pH值的(de)(de)大(da)小直(zhi)接決定(ding)了H+的(de)(de)多少(shao)，進而(er)可能(neng)影(ying)響氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成，但并(bing)不是(shi)簡單(dan)的(de)(de)pH越(yue)低氫(qing)脆越(yue)容易(yi)發(fa)生(sheng)。不同的(de)(de)材料(liao)和溶液會有不同的(de)(de)影(ying)響結果(guo)，通(tong)常(chang)情況下(xia)，由于(yu)pH值降低H+增多有利于(yu)氫(qing)的(de)(de)產生(sheng)，氫(qing)脆敏(min)感(gan)性升(sheng)高。但E.M.K.Hillier等人研究發(fa)現，電鍍中(zhong)pH值降低有利于(yu)能(neng)抑(yi)制氫(qing)脆的(de)(de)富鈷相的(de)(de)形成，從而(er)降低了材料(liao)的(de)(de)氫(qing)脆敏(min)感(gan)性。雖然在高pH值條(tiao)件下(xia)H+較少(shao)，但并(bing)不一定(ding)影(ying)響氫(qing)的(de)(de)生(sheng)成，主(zhu)要起(qi)決定(ding)作用的(de)(de)是(shi)陰極(ji)反應。


c. 氧化還原(yuan)電位


  電(dian)位(wei)越負越有利于(yu)(yu)析(xi)氫(qing)反應的發(fa)生(sheng)，因此更(geng)有利于(yu)(yu)氫(qing)脆(cui)的發(fa)生(sheng)。Wen-Ta Tsai等人的研究發(fa)現2205雙相不(bu)銹鋼(gang)在(zai)陽(yang)極電(dian)位(wei)區以及腐(fu)蝕電(dian)位(wei)附(fu)近(jin)（380~500mV范圍內）均不(bu)發(fa)生(sheng)氫(qing)脆(cui)，只有當電(dian)位(wei)處于(yu)(yu)較負的陰極電(dian)位(wei)區（＜900mV)時才(cai)發(fa)生(sheng)氫(qing)脆(cui)。說明電(dian)位(wei)降低氫(qing)脆(cui)敏感性增(zeng)高(gao)。特別是在(zai)對材料(liao)進行陰極保(bao)護(hu)時，控制保(bao)護(hu)電(dian)位(wei)對預防氫(qing)脆(cui)更(geng)重要(yao)。


d. 特(te)殊離子


  環境中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)主(zhu)要通過影響氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)產生，進(jin)而影響材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)脆。其(qi)中(zhong)(zhong)，由于硫(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)或硫(liu)(liu)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)引發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)SCC是目前國內外(wai)學者研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)焦(jiao)點，特別是在研(yan)究含硫(liu)(liu)原(yuan)油輸油管道的(de)(de)(de)(de)(de)環境脆斷時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)脆機理以硫(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)氫(qing)(qing)(qing)脆為主(zhu)。余(yu)剛等人研(yan)究發(fa)現隨(sui)溶液(ye)中(zhong)(zhong)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)溶液(ye)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)穩態滲氫(qing)(qing)(qing)電流密(mi)度逐漸增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)，在高質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)區趨于穩定(ding)值。硫(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)使二價硫(liu)(liu)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)含量(liang)(liang)增(zeng)(zeng)(zeng)加，對(dui)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)結合(he)成氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)毒(du)化(hua)(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)也逐漸增(zeng)(zeng)(zeng)強，鋼(gang)表面原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)濃度的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)能增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)滲氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)效率。亞硫(liu)(liu)酸根離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)也能促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)，特別是在含有(you)二氧化(hua)(hua)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)(da)氣(qi)氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)中(zhong)(zhong)作(zuo)(zuo)用(yong)更明顯。其(qi)他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)，如氯離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)能破(po)壞(huai)金(jin)屬氧化(hua)(hua)膜，間接促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲透(tou)，而且含氯離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)環境，如海洋環境等是材(cai)料脆斷的(de)(de)(de)(de)(de)敏感(gan)介(jie)質，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)脆也有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。


此(ci)外，生(sheng)物因素，如硫酸鹽還原菌（SRB)在(zai)代謝過(guo)程中產生(sheng)氫，對氫脆也會產生(sheng)一(yi)定(ding)影(ying)響(xiang)。總之(zhi)，環境對氫脆的影(ying)響(xiang)主(zhu)要是(shi)通(tong)過(guo)影(ying)響(xiang)氫的來源(yuan)和傳輸擴較(jiao)敏感。



2. 材料本(ben)身對氫脆(cui)的(de)影響


a. 強度(du)水平


  一(yi)般氫脆敏感性隨硬度、強度的(de)升高而增高。由(you)于應力梯度有利于氫擴散，因此材料在使(shi)用、焊接等(deng)處(chu)理工(gong)藝過(guo)程中等(deng)造成的(de)殘余(yu)應力會使(shi)其氫脆敏感性提高。


b. 合金元素


  氫與不同的(de)金(jin)屬(shu)元素的(de)結合(he)作用能力(li)，在其(qi)中(zhong)的(de)擴散速率不同造成(cheng)不同金(jin)屬(shu)材料的(de)氫脆(cui)敏(min)感性也不同。如在鐵(tie)鎳二元合(he)金(jin)中(zhong)，氫的(de)滲透速率隨Ni含(han)量的(de)增加而增大，欽合(he)金(jin)對氫脆(cui)的(de)敏(min)感性較其(qi)他金(jin)屬(shu)更高(gao)，已經成(cheng)為研究熱點。


  U.Prakash等人(ren)研究發現鐵鋁合金中C或(huo)Al的(de)含量升高能(neng)適當(dang)抑制氫脆(cui)。


c. 微觀結(jie)構


  不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)金屬以及合金都(dou)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)微觀結(jie)構(gou)(gou)，氫(qing)原子(zi)在(zai)(zai)金屬中(zhong)主要是通過晶(jing)界或空隙擴散，而且主要偏聚在(zai)(zai)晶(jing)界、夾雜物(wu)等缺(que)陷處。微觀結(jie)構(gou)(gou)直接影響(xiang)(xiang)了氫(qing)在(zai)(zai)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)擴散、偏聚、與(yu)金屬的(de)(de)相(xiang)互(hu)作用等材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)脆(cui)斷(duan)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)關(guan)鍵步驟(zou)，是氫(qing)脆(cui)的(de)(de)重要影響(xiang)(xiang)因素。不(bu)同(tong)(tong)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，馬氏體(ti)(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)、珠光體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)、奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)、沉積硬化鋼(gang)的(de)(de)氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)高(gao)；貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)比(bi)(bi)珠光體(ti)(ti)(ti)(ti)、鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)高(gao)；抑制氫(qing)脆(cui)方(fang)面鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)如奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)，而且兩相(xiang)的(de)(de)比(bi)(bi)例及晶(jing)粒(li)大小也影響(xiang)(xiang)氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)。微觀結(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，位(wei)錯(cuo)作為可逆(ni)陷阱，位(wei)錯(cuo)密度(du)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)高(gao)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)有利于氫(qing)的(de)(de)擴散傳(chuan)輸，從(cong)而增(zeng)高(gao)氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)；相(xiang)反作為不(bu)可逆(ni)陷阱的(de)(de)微觀結(jie)構(gou)(gou)如金屬碳化物(wu)、晶(jing)間(jian)沉積物(wu)、轉變奧氏體(ti)(ti)(ti)(ti)結(jie)構(gou)(gou)等的(de)(de)數(shu)量(liang)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)多(duo)，分布越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)均勻，氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)低(di)(di)。一般(ban)認為材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)晶(jing)粒(li)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)細、分布越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)均勻，缺(que)陷越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)少，材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)抗氫(qing)脆(cui)性(xing)能越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)好。此(ci)外，材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)雜質元(yuan)(yuan)素與(yu)主體(ti)(ti)(ti)(ti)元(yuan)(yuan)素結(jie)合，改變了其微觀結(jie)構(gou)(gou)以及陷阱的(de)(de)數(shu)量(liang)和分布形態，從(cong)而降(jiang)低(di)(di)或提高(gao)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)氫(qing)脆(cui)敏(min)感(gan)性(xing)。