什么是氢脆？
氢原子在材料结构中占据优先位置，改变其物理行为和机械性能。氢扩散到材料中会导致延展性丧失，使其更脆，更容易开裂。
氢原子和氢分子可能是一个无声杀手，它们会缓慢地削弱材料，而且没有任何明显的损坏迹象，常常导致严重损坏。旧金山-奥克兰海湾大桥的倒塌就是一个例子。在 1989 年臭名昭著的洛马普里塔地震中，东侧的顶层面板倒塌到下面的面板上，压垮了几辆汽车。倒塌的原因是螺栓因环境引起的氢脆而失效。
如何理解氢脆？
氢和应力必须同时存在于易受影响的材料上，才能发生氢致断裂。当氢扩散到结构材料中时，就为潜在的氢致断裂做好了准备。首先，氢吸收可能发生在生产和服务阶段。不受控制的熔化、电镀或焊接等工艺可以促进原子氢预先进入给定的金属中。就微观结构而言，根据经验法则，具有高强度机械性能或具有大量缺陷和夹杂物的材料更容易发生这种类型的故障。
氢脆的严重程度也与操作温度有关，低温是材料延展性最差的情况。可以说，避免这种缺陷是整个冶金学的关键挑战之一。
相关影响因素有哪些？
影响微观结构质量的因素有很多，材料学会对此进行了广泛的记录。由于该主题的复杂性，微观结构（作为影响氢行为的主要因素）的影响不能简单地评估。单独考虑一个变量不足以保证给定组件的质量或性能，并且可能会产生误导。例如，具有“完美化学性质”或特定成分含量高的材料等级仍可能导致产品质量非常低下。
不当和不受控制的材料加工、热处理和/或制造操作的常见后果是原材料中不良相和夹杂物的密度高。这些将不可避免地导致使用过程中过早出现氢致开裂，特别是在苛刻的 H2 环境中。因此，材料加工是关键。
此外，应用的力学也起着重要作用。部件中的应力状态可能是由某些制造技术相关的残余应力以及使用过程中施加的应力引起的。产品设计不当和安装不当会导致材料应力过载。
所有这些因素都可能导致氢气服务部件过早失效。因此，在处理氢气时，材料和设备的选择比以往任何时候都更加成为成功的关键因素。
哪些措施可以帮助氢能领域在氢脆方面进行创新？
国际行业标准 ISO 15916-2015 为气态和液态氢的使用及其储存提供了指导。大多数金属都容易受到不同程度的氢脆影响。为避免发生故障，必须仔细选择材料结构和合适的设备，尤其是在预计会接触氢的情况下。好消息是，氢脆是可以预防的。
应使用专门设计的产品来最大限度地降低与腐蚀和氢侵蚀相关的风险，提供安全可靠的组件，最大限度地减少氢气的泄漏路径，并最终在现场成功实现性能。所用的原材料也应完全可追溯，并从熔化阶段到成品受到严格控制。
此外，应选择适当的制造工艺，以确保氢气环境中的操作风险最小。不锈钢是氢气运输领域的首选材料，而各种镍合金则可用于其他各种应用。
氢能行业的背景信息：
与氢相关的挑战有哪些？
氢是自然界中最丰富的元素，其多功能性可以作为一种可获得、可持续和高效的替代能源提供令人信服的优势。然而，它对大多数金属材料来说可能是非常有害的，造成所谓的氢损伤或氢攻击。由于氢的分子质量极小，氢的降解与其容易被金属吸收的能力以及它在微观结构层面上的高迁移率直接相关。
为什么氢能技术对未来很重要？
在追求脱碳社会的过程中，氢气作为一种环保燃料来源无疑将发挥重要作用。基于氢能的技术正在迅速发展，大规模进入市场，并成为我们日常生活的一部分。从清洁发电到环保汽车，可能性无穷无尽。
交通运输业是氢能技术如何腾飞并使真正可持续的出行变得比以往任何时候都更加切实可行的典型例子。搭载氢动力电池的重型卡车已经上路。尽管开发全球氢燃料补给基础设施可能需要数年甚至数十年的时间，但世界各国政府对氢能经济的承诺正在加快步伐。
几乎所有金属材料都容易受到氢损伤，氢降解有多种形式。氢脆开裂是最常见的，影响使用氢气的三个主要行业领域，即生产、运输和储存。
内容由 Parker 贡献
Parker Hannifin 是《财富》杂志评选的全球 250 强运动和控制技术领域的领导者。一个多世纪以来，该公司一直致力于实现工程突破，创造更美好的未来。Parker通过广泛的解决方案、氢兼容组件和系统支持全球脱碳努力，使各种应用能够安全高效地运行。
最后更新：2023.1.15