什么是吸氫與氫脆？有哪些特點(diǎn)和規(guī)律？

  鈦是一個(gè)活性很強(qiáng)的金屬，非常容易吸氫，當(dāng)氫含量達(dá)到0. 008%~0. 015%時(shí)，利用金相顯微鏡就可以觀察到針狀氫化物相析出。隨著氫含量進(jìn)一步提高，氫化物的數(shù)量增加，體積增大。鈦的吸氫形成氫化物導(dǎo)致腐蝕破壞的情況大致有以下幾種情況：

（1)如果氫的擴(kuò)散速度較慢，氫化物主要集中在鈦表面，則表面氫化物發(fā)生脆性剝落從而引起腐蝕加快；

（2)氫在應(yīng)力作用下擴(kuò)散到應(yīng)力場(chǎng)集中的位置形成氫化物，由于內(nèi)部微裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)散貫通，形成氫致開裂：

（3)鈦基體全面大量吸氫，導(dǎo)致鈦材的氫脆破壞。

鈦的氫脆具有如下特點(diǎn)和規(guī)律：

（1)鈦的氫脆破壞屬于氫化物型氫脆破壞，氫化物型氫脆的特點(diǎn)是在高速變形下才出現(xiàn)脆性斷裂，而在低速變形時(shí)，一般不出現(xiàn)氫脆敏感性。當(dāng)鈦中氫含量高于0. 03%時(shí)才會(huì)影響斷面收縮率，而氫含量低于0. 05%時(shí)，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率基本不變。這表明常規(guī)力學(xué)性能對(duì)于判斷鈦的氫脆是不敏感的。

（2)鈦被鐵器擦傷和污染的位置，由于鈦的表面鑲嵌了鐵的微粒，常常是點(diǎn)腐蝕的引發(fā)點(diǎn)，又是氫進(jìn)人的突破口。而固溶在鈦中的雜質(zhì)鐵，甚至作為第二相存在富鐵相，對(duì)于點(diǎn)腐蝕或吸氫和氫脆都不敏感。

（3)鈦的氫脆敏感性與點(diǎn)腐蝕一樣，表面預(yù)處理狀態(tài)的影響很大。陽極氧化或熱氧化的表面抗吸氫和氫脆的能力最強(qiáng)，酸洗（硝酸加氫氟酸）或退火的表面次之，機(jī)械磨光或機(jī)械噴砂的表面抗吸氫和氫脆的能力最差。這表明處于活性狀態(tài)的鈦總是容易吸氫的，鈦表面完整的氧化膜是阻止吸氫從而防止氫脆的有效屏障。

（4)鈦的吸氫通常通過下列途徑發(fā)生：（a)高溫（＞300℃)的氫氣氛或含氫氣氛；（b)縫隙腐蝕或還原性無機(jī)酸腐蝕時(shí)產(chǎn)生的初生態(tài)氫；（c)電偶腐蝕或陰極保護(hù)時(shí)產(chǎn)生的氫；（d)海水電解中鈦處于陰極狀態(tài)（電位＜0. 70V).為此，為了確保鈦不吸氫，應(yīng)將鈦在海水中的電位控制在－0. 70V以上。

（5)鈦的氫脆環(huán)境可以是氫氣氛或者電解過程中初生態(tài)氫，前者為分子氫（即氫氣），后者是初生態(tài)的原子氫，因此具有更強(qiáng)的化學(xué)活性，更容易被鈦吸收。在鈦腐蝕過程中產(chǎn)生的氫，或者電絮時(shí)處于陰極狀態(tài)產(chǎn)生的氫就是初生的原子態(tài)氫。

（6)氫氣氛中的水含量對(duì)于鈦的吸氫量影響很大。鈦在干的氫氣氛中吸氫最強(qiáng)，添加一定量的水顯著降低吸氫量。一般說來，氫氣氛中含水量達(dá)到2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，阻抑吸氫的效果已相當(dāng)明顯，這個(gè)規(guī)律與干氯氣中水含量對(duì)于著火的影響是對(duì)應(yīng)的。

（7)在pH值位于3~12范圍中，鈦的氧化膜是穩(wěn)定的，它是氫滲透的有效屏障。在上述pH值范圍內(nèi)，短期陰極充氫試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)吸氫現(xiàn)象。如果pH值在上述范圍之外，預(yù)計(jì)氧化膜是不穩(wěn)定的，因此保護(hù)作用很弱，氧化膜保護(hù)性的缺損有利于氫進(jìn)入鈦基體。長(zhǎng)期試驗(yàn)表明，在中性鹽水中，陰極電位低于－0. 7V時(shí)能夠引起氫吸收。在非常大的陰極電流密度下（電極電位比－1. 0V SCE更負(fù)），可以加速氫吸收并最終導(dǎo)致室溫下的氫脆現(xiàn)象。