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金属氢脆是怎么回事？ 由氢原子引起的金属脆化问题常有所闻，屡见不鲜。氢脆是一个十分严重的问题, 它会使材料的结构发生变化，并导致机械性能急剧下降。尽管首次相关报道源于百余年前（1875年），又历经了几十年的深入研究，但氢脆仍然存在着许多不确定性，尤其是机械紧固件领域应提高风险意识。难以检测：氢脆导致的紧固件失效具有延迟性。断裂不会在紧固件安装之后立即发生，而是在数小时，数天甚至数周后发生， 因为这种失效性，所以要在过程监控或者持续的质量检查中检测出氢脆几乎是不可能的。
危害严重：经常会出现产品安装后或装运后发生氢脆的事件，这就使众多公司不得不支付巨额资金召回产品，也损害了品牌形象。氢脆问题随时可能发生，因此被称之为无形杀手！
一氢脆是什么？
氢脆是指由于过量的氢原子进入金属基体后 ,在应力作用下 （ 很可能是在材料的屈服强度以下 , 甚至是在正常的设计强度内 ） , 引起金属韧性或承载能力的降低 , 从而发生断裂（ 通常是亚微观的断裂 ） 或者突然脆性失效。
过量的氢可能是该零件使用前就存在， 也可能是使用中从含氢介质环境中渗入的，如：熔炼、酸洗、电镀、热处理、焊接等工艺过程， 前者称为内部氢脆（Internal Hydrogen Embrittlement, IHE），后者称为环境氢脆（External Hydrogen Embrittlement, EHE）。
环境氢脆与内部氢脆的一个显著不同点就是氢的来源不同。内部氢脆只需要把晶格内的氢原子通过扩散输送到裂纹前端， 而环境氢脆则需把环境介质中的氢通过物理吸附、化学吸附、氢分子的分解、氢原子的溶解以及氢在晶格中的扩散等复杂过程， 才能达到裂纹前端， 而使金属脆化， 这样将在很大程度上影响氢脆的机构及裂纹的扩展速度。
国内外对材料的氢脆现象进行了大量研究，认为金属的氢脆可归纳为以下5种机制：
1.表面吸附能理论
Petch和Stables等人提出的表面吸附理论指出：当固体材料吸附某些表面活性物质后， 由于降低表面能而导致材料的塑性降低。他们把氢也看作表面活性物质， 降低裂纹的表面能， 因而使金属材料脆化，如图 1所示。Barnett和Troiano在解释β型钦合金的氢脆时也提出了相同的观点。
图 1 a）H在裂尖前富集，产生裂纹并扩展；
b）H吸附在微裂纹表面，
2.位错交互作用
这一理论首先由T.T.Boniszcwshi 提出，用来解释镍的可逆性氢脆， 其要点如下：当温度低于临界温度T0, 含氢合金在形变过程中可能形成柯垂耳气团， 如形变速度较小， 而温度又不太低， 则氢原子的运动速度与位错运动速度是相适应的， 也就是说柯垂耳气团伴随位错运动， 而又落后一定距离， 它必然对位错起“ 钉扎” 作用， 使它不能自由运动， 这就产生局部加工硬化。塑性变形所以能实现， 主要是由于在外力的作用下不断产生新的位错， 这些新的位错同样被氢原子长满而形成新的氢气团。在外力的作用下移动着的位错及氢气团当运动至晶界或其它障碍物时， 即产生位错的堆积， 同时必然造成氢在晶界附近的富集。如应力足够大， 则在位错堆积的端部形成较大的应力集中， 从而形成裂纹， 富集的氢原子不仅使裂纹容易形成， 而且使裂纹容易扩展， 最后造成脆性断裂。
3.氢化物氢脆
氢化物氢脆认为是由于合金与环境中的氢气发生化学反应， 使合金变成粉末状氢化物而失去原有的强度、刚度等机械性能。如在室温时，氢在α钛及铌合金中溶解度较小， 钛与氢有较大的化学亲和力， 因此α钛与氢极易生成氢化钛脆性相，在外力作用下往往成为断裂源，从而导致脆性断裂。
4.高压氢气理论
认为氢蚀的脆化机构是由于高温高压下的氢与钢中的碳作用而生成甲烷气泡所致。甲烷气泡的成核一般在夹杂物上。氢蚀潜伏期的结束也即变脆的开始必须使甲烷气泡达到相当高的密度才能产生， 而且这些气泡必须分布在晶界上才能使钢材脆化，如图 2所示。
图 2 两平板试件发生氢蚀现象：a）b）俯视图；
c）d）横截面图
5.阴极吸氢理论
Latanision 等认为由于硫、磷、砷、锑、锡、铋等杂质元素会阻碍氢原子重新组合形成氢气，如图 3所示。从而，氢原子能沿着锑、锡沉积路径自由进入金属基体，使得晶界变脆。
图 3 由于锑、锡导致的沿晶阴极吸氢
氢脆主要有以下两种检测方法：预载荷试验平行支承面法和硅油检测法。
1.预载荷试验平面支承面法
预载荷试验应在适当的试验夹具上进行。紧固件承受的应力应在其屈服点以内 ,或者处在破坏扭矩的范围内。该应力或扭矩应至少保持 48h以上。每隔 24h应将紧固件再拧紧到初始应力或扭矩 , 同时检查紧固件是否因氢脆已发生破坏。该试验主要用于紧固件 , 其它零件亦可参考使用 , 具体方法见 GB/T 3098.17-2000 《紧固件机械性能检查氢脆用预载荷试验平行支承面法》。
2.硅油检测法
用 200#硅油加热到 200 ℃±10 ℃恒温 ,慢慢将试样置入有硅油的容器中 ,5 分钟后检查 , 若无连续气泡产生 , 则视为合格。亦有资料建议采取石蜡 （180 ℃±10 ℃ ）或凡士林 （120 ℃±10 ℃ ）替代硅油进行检查。
生产中为防止氢脆的发生可控制氢的含量并减小或消除拉应力。对于内氢在冶炼时采用真空处理或真空冶炼， 焊接时采用低氢焊条， 酸洗和电镀时选用缓蚀剂以降低氢含量， 对合金结构钢锻件的冷却要缓慢， 防止氢致开裂的“白点” , 合金结构钢焊接时采用焊前预热、焊后烘烤以利于排氢。对于外氢则尽量避开包含有氢气的气体、能分解而生成氢原子或分子的水溶液和碳氢化合物等。应从结构设计、制造加工方面考虑， 减少拉应力加上消除应力的热处理或采用喷丸处理使表面产生残余压应力， 均可有效地降低或抑制氢脆的发生。