氫脆

氫脆是一種與腐蝕和腐蝕控制過程有關的劣化。它涉及將氫引入部件中，這種情況會嚴重降低延展性和承載能力，在低於敏感材料屈服應力的應力下導致疲勞和災難性脆性破壞。目前這種現象尚未完全被理解，尤其是氫脆檢測似乎是這個問題最困難的方面之一。

氫脆的破壞是隨機的和不可預知的自然呈現的一個特別令人擔優的模式，在某些流程和在某些環境中，氫原子會遷移到材料的結構中，這些氫原子可以留在材料的晶體結構或遷移到它們能構結合形成的區域，氫原子或分子，可嚴重的削弱材料導致意外的破裂和降低材料的強度。

資料來源：

Evaluation of Susceptibility to Hydrogen Embrittlement—A Rising Step Load Testing Method

「不可逆氫脆化」是一種材料性能退化的現象。它是指金屬材料在暴露在氫氣環境中時，其內部吸收了氫原子，導致金屬晶格結構和機械性能發生劇烈變化，最終導致材料斷裂或破壞的過程。這個過程是不可逆的，一旦發生就很難恢復到原來的性能。

不可逆氫脆化主要發生在一些高強度金屬材料，如鋼材和鈦合金等，尤其是在腐蝕、高應力或高溫環境下使用時。它會大大降低材料的延展性和韌性，增加脆性，從而降低材料的使用壽命和安全性。預防和控制氫脆化是金屬材料設計和應用中的一個重要問題。

有幾種主要的方法可以減緩或防止金屬材料的不可逆氫脆化:

1・合金化設計：通過添加適量的合金元素，如鈦、鎳、鉻等，可以增強金屬結構的耐氫性能。合金化可以改善金屬抗氫破裂和延性。

2・表面處理：對金屬表面進行化學或電化學的鍍層處理，形成氫阻隔層，可以降低氫的吸收和擴散。常見的方法有鍍鎳、鉻、氮化等。

3・熱處理：通過合理的時效熱處理，如淬火和回火，可以改善金屬的組織結構，增強其抗氫脆性。

4・環境控制：盡量避免金屬接觸到含有氫的腐蝕介質，如酸、堿、高溫水蒸汽等。在生產、運輸和使用過程中要注意控制環境。

5・應力管理：減少金屬受到的外部應力，如焊接應力、機械應力等拉申應力，可以降低氫的吸收和擴散。

6・氫脆化抑制劑：在金屬表面塗覆一些抑制氫吸收的化學物質，如磷酸鹽、硅酸鹽等，可以阻止氫進入金屬內部。

綜合運用這些方法，可以有效防止和減緩金屬材料的不可逆氫脆化問題。

與不可逆氫脆化不同，可逆氫脆化過程中金屬材料的結構和性能變化並非永久性的，只要採取適當的措施就能夠使材料恢復到原來的良好狀態。

導致可逆氫脆化的主要原因包括：

1・氫原子在金屬晶格中的吸附和擴散,造成晶格畸變。
2・氫原子與金屬晶界、缺陷等的相互作用，引起局部應力集中。
3・氫原子在材料中的聚集，形成氫化物等相。

常見的恢復措施包括：

1・在氮或真空環境下退火處理，驅散金屬內部的氫原子。
2・通過冷作、熱作等進行組織再調整，消除氫引起的局部應力。
3・使用抑制劑等表面處理，阻止氫的吸收。

與不可逆氫脆化相比，可逆氫脆化的影響是暫時性的，通過適當處理材料就能恢復至原有的良好性能。

防止和減緩可逆氫脆化的主要措施包括:

1・材料選擇:選用含有適量合金元素如鉻、鎳、鈦等的高合金鋼，提高對氫的抗性。

2・表面處理：
   - 化學鍍層：在材料表面鍍上鎳、鉻等金屬層,形成氫擴散屏障。
   - 電化學鍍層：同樣在表面形成阻隔氫擴散的保護層。
   - 離子注入：將氮、碳等元素注入表面，形成硬質複合層。

3・熱處理工藝：
   - 時效處理：通過合理的淬火和回火處理優化金屬組織，提高耐氫特性。
   - 退火處理：在高溫下進行退火，可減少材料內部的殘余應力。

4・應力管理：
   - 焊接預熱：可減少焊接過程中產生的殘餘拉申應力。
   - 優化機加工工藝：調整切削速度、深度等參數，降低加工應力。

5・環境控制：
   - 避免接觸含氫腐蝕介質：如酸、碱、含水環境。
   - 减少外部氫源：如氫氣、水蒸汽等。

6・抑制劑塗覆：在材料表面塗覆磷酸鹽、硅酸鹽等化學抑制劑，阻止氫進入。

綜合運用上述預防措施，可以有效避免和減緩金屬材料的可逆氫脆化問題。

透過珠擊處理可以降低電鍍後鋼的氫脆敏感性，越來越多的研究認為表面珠擊處理是抑制氫脆的有效的方法之一，包括傳統的珠擊和一些更先進的珠擊技術，例如雷射珠擊和空穴珠擊。事實證明珠擊處理產生的變形表面層可以充當氫擴散屏障，從而抑制 HE，抑制擴散和氫脆的方式可能有兩個：

（1）引入殘餘壓縮應力

（2）珠擊塑性變形導致差排等氫捕獲位點增加。

珠擊對氫脆的影響

• 隨著珠擊壓力的增加，氫擴散係數降低。

• 珠擊延遲了晶間斷裂的發生。

• 對於可逆氫脆，抗氫脆性隨著珠擊壓力的增加而增加。

• 對於不可逆氫脆，抗 HIC 能力隨著珠擊壓力的增加而降低。

參考資料來源：

REVERSIBLE AND IRREVERSIBLE HYDROGEN EMBRITTLEMENT

Effect of shot peening coverage on hydrogen embrittlement of a ferrite-pearlite steel

Review of Hydrogen Embrittlement in Metals: Hydrogen Diffusion, Hydrogen Characterization, Hydrogen Embrittlement Mechanism and Prevention