钛的吸氢与氢脆及其特点和规律

钛是一个活性很强的金属,非常容易吸氢,当氢含量达到0.008%～0.015%时，利用金相显微镜就可以观察到针状氢化物相析出。随着氢含量进一步提高,氢化物的数量增加,体积增大。钛的吸氢形成氢化物导致腐蚀破坏的情况大致有以下几种情况:(1)如果氢的扩散速度较慢,氢化物主要集中在钛表面,则表面氢化物发生脆性剥落从而引起腐蚀加快；（2）氢在应力作用下扩散到应力场集中的位置形成氢化物,由于内部微裂纹在应力作用下的扩散贯通,形成氢致开裂; (3)钛基体全面大量吸氢,导致钛材的氢脆破坏。

钛的氢脆具有如下特点和规律：

(1)钛的氢脆破坏属于氢化物型氢脆破坏,氢化物型氢脆的特点是在高速变形下才出现脆性断裂,而在低速变形时,一般不出现氢脆敏感性。当钛中氢含量高于0.03%时才会影响断面收缩率，而氢含量低于0.05%时,拉伸强度、屈服强度和延伸率基本不变。这表明常规力学性能对于判断钛的氢脆是不敏感的。

(2)钛被铁器擦伤和污染的位置，由于钛的表面镶嵌了铁的微粒,常常是点腐蚀的引发点,又是氢进入的突破口。而固溶在钛中的杂质铁,甚至作为第二相存在富铁相,对于点腐蚀或吸氢和氢脆都不敏感。

(3)钛的氢脆敏感性与点腐蚀一样，表面预处理状态的影响很大。阳极氧化或热氧化的表面抗吸氢和氢脆的能力最强,酸洗(硝酸加氢氟酸)或退火的表面次之,机械磨光或机械喷砂的表面抗吸氢和氢脆的能力最差。这表明处于活性状态的钛总是容易吸氢的，钛表面完整的氧化膜是阻止吸氢从而防止氢脆的有效屏障。

（4）钛的吸氢通常通过下列途径发生：（a）高温（>300℃）的氢气氛或含氢气氛； (b)缝隙腐蚀或还原性无机酸腐蚀时产生的初生态氢；(c)电偶腐蚀或阴极保护时产生的氢；(d)海水电解中钛处于阴极状态(电位

(5)钛的氢脆环境可以是氢气氛或者电解过程中初生态氢,前者为分子氢(即氢气)，后者是初生态的原子氢,因此具有更强的化学活性,更容易被钛吸收。在钛腐蚀过程中产生的氢,或者电解时处于阴极状态产生的氢就是初生的原子态氢。

(6)氢气氛中的水含量对于钛的吸氢量影响很大。钛在干氢气氛中吸氢最强，添加一定量的水显著降低吸氢量。一般说来,氢气氛中含水量达到2%(质量分数)时,阻抑吸氢的效果已相当明显,这个规律与干氯气中水含量对于着火的影响是对应的。

(7)在pH值位于3-12范围中,钛的氧化膜是稳定的,它是氢渗透的有效屏障。在上述pH值范围内,短期阴极充氢试验没有发现吸氢现象。如果pH值在上述范围之外,预计氧化膜是不稳定的,因此保护作用很弱,氧化膜保护性的缺损有利于氢进入钛基体。长期试验表明，在中性盐水中，阴极电位低于一0.7V时能够引起氢吸收。在非常大的阴极电流密度下（电极电位比-1.0V SCE更负)，可以加速氢吸收并最终导致室温下的氢脆现象。