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(fu)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. 環境(jing)因素的影(ying)響


  氫(qing)脆是(shi)特定(ding)材料在(zai)特定(ding)環境下(xia)的(de)脆斷現(xian)象，是(shi)環境與材料相互作用(yong)的(de)結果。敏(min)感材料在(zai)含有氫(qing)元素(su)的(de)環境中都(dou)有可能(neng)發生氫(qing)脆，影響(xiang)氫(qing)脆的(de)環境因素(su)有溫度、pH、氧化還原電位、特殊離(li)子、氣體化合物等。


a. 溫度(du)


 氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆在溫(wen)(wen)度(du)(du)-30~30℃附近最敏感(gan)，一般發生在-100~150℃范(fan)圍(wei)內，在低溫(wen)(wen)或高(gao)溫(wen)(wen)時氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性降(jiang)低。隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)升高(gao)氫(qing)(qing)(qing)(qing)在金屬中(zhong)的(de)溶解度(du)(du)、擴散速(su)率升高(gao)。溫(wen)(wen)度(du)(du)不僅有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)滲(shen)透也有(you)利于氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)復合(he)，是一種雙重影(ying)響(xiang)。溫(wen)(wen)度(du)(du)主要(yao)通(tong)過影(ying)響(xiang)材料(liao)中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)濃度(du)(du)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)擴散速(su)率從而影(ying)響(xiang)材料(liao)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆。


b. pH值


  pH值(zhi)的(de)(de)大小直接決定了H+的(de)(de)多(duo)少，進而可能(neng)影(ying)(ying)響(xiang)氫的(de)(de)生成(cheng)，但并不(bu)是簡單(dan)的(de)(de)pH越(yue)低氫脆(cui)越(yue)容易發生。不(bu)同(tong)的(de)(de)材料(liao)和(he)溶(rong)液會有不(bu)同(tong)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)結果，通常情況下，由(you)于(yu)pH值(zhi)降(jiang)低H+增多(duo)有利于(yu)氫的(de)(de)產生，氫脆(cui)敏感性升高(gao)。但E.M.K.Hillier等人研究(jiu)發現，電(dian)鍍中pH值(zhi)降(jiang)低有利于(yu)能(neng)抑(yi)制氫脆(cui)的(de)(de)富鈷相的(de)(de)形成(cheng)，從而降(jiang)低了材料(liao)的(de)(de)氫脆(cui)敏感性。雖然在高(gao)pH值(zhi)條(tiao)件下H+較(jiao)少，但并不(bu)一定影(ying)(ying)響(xiang)氫的(de)(de)生成(cheng)，主要起(qi)決定作用(yong)的(de)(de)是陰(yin)極反應(ying)。


c. 氧(yang)化還原電位(wei)


  電(dian)(dian)(dian)位越負越有利于(yu)(yu)析氫(qing)(qing)反(fan)應的發生，因此(ci)更(geng)有利于(yu)(yu)氫(qing)(qing)脆(cui)的發生。Wen-Ta Tsai等人的研(yan)究(jiu)發現2205雙相不銹鋼在陽極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)位區以及腐蝕(shi)電(dian)(dian)(dian)位附近（380~500mV范(fan)圍內）均不發生氫(qing)(qing)脆(cui)，只有當電(dian)(dian)(dian)位處于(yu)(yu)較負的陰極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)位區（＜900mV)時(shi)才(cai)發生氫(qing)(qing)脆(cui)。說明電(dian)(dian)(dian)位降低氫(qing)(qing)脆(cui)敏感性增高(gao)。特別(bie)是在對材(cai)料進行陰極(ji)(ji)保護時(shi)，控制(zhi)保護電(dian)(dian)(dian)位對預防氫(qing)(qing)脆(cui)更(geng)重(zhong)要。


d. 特殊(shu)離子


  環(huan)境(jing)中的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)主要通過影響氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)產生，進(jin)而影響材(cai)料的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)。其(qi)中，由于(yu)硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)或(huo)硫(liu)(liu)離(li)(li)子(zi)(zi)引發(fa)的(de)(de)(de)(de)SCC是目前國(guo)內外(wai)學者研究的(de)(de)(de)(de)焦點，特(te)別是在(zai)(zai)研究含硫(liu)(liu)原(yuan)(yuan)油(you)輸油(you)管道的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)脆(cui)斷(duan)(duan)時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)機理以硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)為主。余剛(gang)等人研究發(fa)現隨溶液中硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)溶液質(zhi)量(liang)分(fen)數的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)，16MnR鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)穩態滲(shen)(shen)氫(qing)(qing)(qing)電(dian)流密度逐(zhu)漸增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)，在(zai)(zai)高質(zhi)量(liang)分(fen)數區趨(qu)于(yu)穩定(ding)值。硫(liu)(liu)化氫(qing)(qing)(qing)質(zhi)量(liang)分(fen)數的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)使(shi)二價硫(liu)(liu)離(li)(li)子(zi)(zi)含量(liang)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)，對原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)結合成氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)毒化作(zuo)用(yong)也逐(zhu)漸增(zeng)(zeng)(zeng)強，鋼(gang)表面原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)氫(qing)(qing)(qing)濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)能(neng)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)滲(shen)(shen)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)效率。亞硫(liu)(liu)酸根離(li)(li)子(zi)(zi)也能(neng)促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)(shen)透，特(te)別是在(zai)(zai)含有二氧(yang)(yang)化硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)(shen)透中作(zuo)用(yong)更明顯。其(qi)他(ta)的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)，如(ru)氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)能(neng)破壞(huai)金(jin)屬氧(yang)(yang)化膜，間接促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)(shen)透，而且(qie)含氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)環(huan)境(jing)，如(ru)海洋(yang)環(huan)境(jing)等是材(cai)料脆(cui)斷(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)敏感介質(zhi)，對氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)也有一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)影響。


此外，生(sheng)物(wu)因素(su)，如硫(liu)酸鹽還原菌（SRB)在(zai)代謝過程(cheng)中產(chan)生(sheng)氫(qing)，對(dui)氫(qing)脆(cui)也會(hui)產(chan)生(sheng)一定影(ying)響。總之，環境對(dui)氫(qing)脆(cui)的(de)影(ying)響主要是通過影(ying)響氫(qing)的(de)來源和傳輸擴較敏感。



2. 材料本身對氫脆(cui)的影響


a. 強度水平(ping)


  一般氫脆敏(min)感性隨硬(ying)度、強(qiang)度的升高而增高。由于(yu)應力梯度有利(li)于(yu)氫擴(kuo)散(san)，因此材料在(zai)使(shi)(shi)用(yong)、焊接等(deng)處理工(gong)藝過程中(zhong)等(deng)造成(cheng)的殘余(yu)應力會使(shi)(shi)其氫脆敏(min)感性提高。


b. 合金元素


  氫(qing)與不同(tong)(tong)的(de)金(jin)屬(shu)(shu)元素的(de)結合(he)作用能(neng)力，在其中的(de)擴散(san)速率不同(tong)(tong)造成不同(tong)(tong)金(jin)屬(shu)(shu)材料的(de)氫(qing)脆(cui)敏感(gan)性(xing)也(ye)不同(tong)(tong)。如(ru)在鐵鎳二元合(he)金(jin)中，氫(qing)的(de)滲透速率隨Ni含量的(de)增加而增大(da)，欽合(he)金(jin)對(dui)氫(qing)脆(cui)的(de)敏感(gan)性(xing)較其他金(jin)屬(shu)(shu)更高，已經成為研(yan)究熱點。


  U.Prakash等人研究發現鐵鋁合金中(zhong)C或Al的含量(liang)升高能適當抑制氫脆。


c. 微觀結構


  不同的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)以(yi)(yi)及合金(jin)(jin)都有(you)不同的(de)(de)(de)(de)(de)微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原子在金(jin)(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)主(zhu)要是通過(guo)晶(jing)界(jie)或空隙擴散，而且主(zhu)要偏聚在晶(jing)界(jie)、夾雜物(wu)等(deng)(deng)缺陷處(chu)。微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)直接影(ying)響了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)在材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)擴散、偏聚、與金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用等(deng)(deng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)脆斷過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵步(bu)驟，是氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆的(de)(de)(de)(de)(de)重要影(ying)響因素(su)。不同晶(jing)體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，馬氏體(ti)(ti)比貝(bei)氏體(ti)(ti)、珠(zhu)光體(ti)(ti)、鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)、奧(ao)氏體(ti)(ti)、沉積硬(ying)化鋼的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性高(gao)；貝(bei)氏體(ti)(ti)比珠(zhu)光體(ti)(ti)、鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性高(gao)；抑制氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆方面(mian)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不如奧(ao)氏體(ti)(ti)，而且兩相的(de)(de)(de)(de)(de)比例及晶(jing)粒(li)(li)大小也影(ying)響氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性。微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，位錯作(zuo)為可逆(ni)陷阱(jing)(jing)(jing)，位錯密度越(yue)(yue)高(gao)越(yue)(yue)有(you)利(li)于(yu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)擴散傳輸，從(cong)而增高(gao)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性；相反作(zuo)為不可逆(ni)陷阱(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)如金(jin)(jin)屬(shu)(shu)碳化物(wu)、晶(jing)間沉積物(wu)、轉變奧(ao)氏體(ti)(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)等(deng)(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)數量越(yue)(yue)多，分布(bu)越(yue)(yue)均勻，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性越(yue)(yue)低(di)(di)。一般認為材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)粒(li)(li)越(yue)(yue)細、分布(bu)越(yue)(yue)均勻，缺陷越(yue)(yue)少，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)抗氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆性能越(yue)(yue)好。此(ci)外，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)雜質元素(su)與主(zhu)體(ti)(ti)元素(su)結(jie)(jie)合，改變了其(qi)微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)以(yi)(yi)及陷阱(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)數量和分布(bu)形態，從(cong)而降低(di)(di)或提高(gao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆敏感(gan)性。