氫脆（Hydrogen Embrittlement）是金屬材料在含有氫的環(huán)境中強(qiáng)度和延性顯著下降的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在高強(qiáng)度鋼、鎳基合金等材料中尤為突出，可能導(dǎo)致突發(fā)性斷裂，是制約氫能利用和結(jié)構(gòu)材料安全性的重要問題。

氫進(jìn)入金屬后并非均勻分布，而是被不同的微觀缺陷“捕獲”（陷阱）。根據(jù)捕獲強(qiáng)度，氫可分為：

- 擴(kuò)散性氫（弱陷阱氫）：結(jié)合能較低（20–46 kJ/mol），在室溫下容易擴(kuò)散和逸出。

- 非擴(kuò)散性氫（強(qiáng)陷阱氫）：結(jié)合能較高（64–93 kJ/mol），在室溫下幾乎不逸出。

研究通過熱脫附分析（TDA/TDS）測量氫的釋放溫度曲線，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼中存在兩個(gè)典型釋放峰（如圖1、圖2所示）：

- 第1峰（室溫至200℃）：擴(kuò)散性氫，主要與位錯(cuò)、空位、晶界等缺陷相關(guān)。

- 第2峰（200–450℃）：非擴(kuò)散性氫，主要與高密度位錯(cuò)結(jié)構(gòu)或受應(yīng)變界面相關(guān)。

圖1：對(duì)回火馬氏體鋼充氫后，0h、30℃恒溫放置48h后、30℃恒溫放置168h后，分別通過TDA獲得的氫釋放溫度曲線。經(jīng)過48h、168h放置后，部分氫會(huì)逐漸擴(kuò)散逸出。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：只有擴(kuò)散性氫（第1峰氫）直接導(dǎo)致延性顯著下降，即使含量僅0.8 ppm也會(huì)引起明顯脆性；而非擴(kuò)散性氫即使含量高達(dá)2.9 ppm也不引起延性損失。這表明并非所有進(jìn)入材料的氫都會(huì)造成危害，氫的存在狀態(tài)決定其危害程度。

【2】 氫的精確陷阱位置：低溫TDS揭示位錯(cuò)與空位

傳統(tǒng)TDS從室溫開始升溫，弱陷阱氫已開始逸出，難以分離不同缺陷的貢獻(xiàn)。從零下200℃開始升溫的低溫TDS，成功分離出：

- 約25℃峰：對(duì)應(yīng)位錯(cuò)捕獲的氫（圖3）。

- 約110℃峰：僅在含氫變形時(shí)出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)氫促進(jìn)形成的空位（圖4）。