什么是氢脆？

      氢脆（Hydrogen Embrittlement）是一种材料失效现象，指的是金属材料（尤其是高强度钢、钛合金等）在应力和氢的共同作用下，其塑性和韧性显著下降，从而导致脆性断裂的现象。

       简单来说，就是金属“吸"了氢之后，变得又“脆"又“弱"，在远低于正常断裂强度的应力下就可能突然发生断裂，而且常常没有明显的塑性变形先兆，危险性很高。

以下是氢脆的关键点：

1. 核心机制：
   

• 氢原子非常小，能够渗透进入金属的晶格内部。

• 在应力（外加应力或残余应力）的作用下，氢原子会迁移并聚集在金属内部的微观缺陷处（如晶界、位错、夹杂物附近等）。

• 氢在这些高应力区域聚集后，会：
  

• 降低金属原子间的结合力（内聚力理论）： 使金属更容易在应力作用下发生解理断裂。

• 促进局部塑性变形和微裂纹的萌生与扩展（氢促进局部塑性变形理论）： 使裂纹更容易形成和扩展。

• 形成氢化物（在某些金属中如钛、锆、钽）： 氢化物本身就很脆。

1. 氢的来源：
   

• 加工过程：
  

• 电镀/镀层： 普遍的来源之一。在酸洗和电镀过程中，阴极反应（析氢反应）会产生氢原子，部分会渗入基体金属。

• 酸洗/化学清洗： 使用酸去除氧化皮或锈蚀时，酸与金属反应会产生氢原子。

• 焊接： 焊接熔池会吸收空气中的水分或油污分解产生的氢。

• 阴极保护： 过度的阴极保护电流会导致被保护结构表面析氢。

• 服役环境：
  

• 腐蚀反应： 金属在酸、水或潮湿环境中腐蚀时，阴极反应会产生氢原子。

• 含氢气氛： 在高压氢气环境或含硫化氢的油气环境中服役。

• 高温水环境： 如核电反应堆中的某些部件。

1. 主要特征：
   

• 延迟断裂： 氢脆断裂往往不是发生在吸氢或加载的瞬间，而是需要一段时间（几小时、几天甚至更长）让氢扩散并聚集到临界浓度。这是它与普通脆断的重要区别。

• 对高强度材料敏感： 材料的强度级别越高，对氢脆越敏感。抗拉强度大于约 1000 MPa 的钢尤其危险。

• 低应力断裂： 断裂应力远低于材料的屈服强度或抗拉强度。

• 脆性断口形貌： 断口通常呈现脆性特征，如沿晶断裂（裂纹沿晶界扩展）、准解理断裂，有时在裂纹源区能看到“鸡爪纹"等氢脆特征。

• 对温度和应变速率敏感： 通常在室温附近敏感性最高，应变速率较低时更易发生。

1. 影响因素：
   

• 氢浓度： 进入金属内部的氢总量越高，风险越大。

• 氢陷阱： 金属内部的缺陷（晶界、位错、第二相粒子等）会“捕获"氢原子。陷阱的类型和密度影响氢的分布和脆化程度。

• 应力水平： 应力（外加或残余）是驱动氢迁移和聚集的必要条件，应力越高越危险。

• 材料因素： 强度等级、微观组织结构（晶粒度、相组成）、合金元素、纯净度等。

• 温度： 室温附近最敏感，高温下氢扩散快不易聚集，低温下氢扩散慢且材料本身可能变脆。

• 时间： 氢扩散和聚集需要时间。

1. 防护措施：
   

• 控制氢的来源：
  

• 优化电镀/酸洗工艺（如降低电流密度、使用缓蚀剂、缩短时间）。

• 电镀后及时进行烘烤除氢处理：这是常用、有效的方法之一。将零件在相对较低的温度（通常 190°C - 230°C，具体取决于材料和强度）下保温数小时，让氢扩散逸出。

• 焊接时使用低氢焊材，严格清洁坡口。

• 避免过度阴极保护。

• 材料选择与设计：
  

• 在满足强度要求的前提下，优先选用对氢脆敏感性较低的材料或较低强度等级的钢。

• 避免设计上产生过高的应力集中。

• 降低残余应力（通过热处理如去应力退火）。

• 表面处理/涂层：
  

• 采用物理气相沉积、化学气相沉积等不会引入氢的涂层工艺替代电镀。

• 施加致密的阻挡层（如油漆、塑料涂层）隔离金属与含氢环境。

• 环境控制： 在服役环境中添加缓蚀剂，或控制环境中的氢分压、湿度等。

总结：

氢脆是金属材料（尤其高强度钢）因吸收氢原子并在应力作用下导致韧性急剧下降、发生低应力脆断的一种失效模式。它常见于电镀、酸洗、焊接等加工过程以及腐蚀、高压氢环境等服役条件中。其特点是延迟断裂和对高强度材料的敏感性。防范氢脆的关键在于控制氢的引入、及时驱氢（烘烤）、合理选材与设计以及优化工艺和环境。由于其失效的突发性和灾难性后果，在涉及高强度紧固件、弹簧、压力容器、航空航天结构、石油钻采设备等领域必须高度重视氢脆风险。