说一个最近让我狂掉头发的问题：氢致金属脆化，简称氢脆。

1、什么是氢脆

金属材料有两个核心性能，即强度和塑性。强度指的是让一定截面积金属变形 / 断裂所需力的大小，而塑性代表金属在断裂前能够承受的变形量。

强度代表材料能承受的最大静载荷，其重要性无需多说。在强度相差不大的情况下，塑性往往表示材料抵抗冲击的能力。非材料领域的人经常会忽视塑性这个性能，但很多时候，塑性往往比强度更加重要。

你家的瓷碗一摔就碎，不是因为强度不够，而是因为塑性太差，产生一点点变形就断了，不能有效的吸收冲击。这种低塑性的特征也称为脆性。

将原本塑性很好的金属暴露在富含氢的环境下，会使得金属脆化，这种现象就叫氢脆。

高塑性材料（左）和脆性材料（右）断口的对比，塑性材料在断裂前发生了明显的变形

2、氢脆的危害

早在 1874 年科学家 Johnson 就发现，原本要反复弯折几次才能折断的铁材，在酸液中浸泡几分钟后，一次就折断了。原因是酸液中的氢进入铁中，使得铁材变脆。

不过 Johnson 也是生不逢时，他的论文在发表后的 60 多年内都没有受到多大的重视，直到有 1943 年，人家美国的自由轮号安安静静的停在港口内，风平浪静也没被攻击，却突然就断成两截了：

这个事故促使政府调查断裂的原因，一开始很多学者认为断裂来自冰冷的海水诱发的低温冷脆。但后来也发现，由于焊接技术不成熟，钢板焊缝中残留有大量的氢，这些氢也是导致断裂的罪魁祸首之一。

由于氢是宇宙中丰度最高的元素，金属在服役中或多或少都会和氢接触。但这也使得原本塑性非常好的金属，可能用着用着就变脆了，从而在远低于设计载荷的情况下发生断裂，并且断裂前几乎没有征兆，十分难以预防，极易造成灾难性的事故。

三、盲人摸象式的氢脆研究

其实人们很早就知道，如果金属在冶炼中混入了过多的杂质（如氧、硫、磷等）就很容易变脆。氢也属于杂质元素，氢脆自然也属于杂质脆性之一。

但氢特殊的地方在于，它是元素周期表上最小的元素。氢就好比大象群中的蚂蚁一样，能够轻易的穿过金属间的缝隙，从而快速的移动、扩散。因此，氢脆问题实际上是个动态甚至是瞬态的问题。

实验上想要对这类动态问题进行直接的原子级观测是十分困难的，相应的数据也非常稀少。因此，我们只能盲人摸象一般，从断裂后的结果出发，提出各种机制猜想来反推原因。

也正是由于缺乏一锤定音的直接观测手段，学术界对氢脆原理的争议非常大。对氢脆现象全面、准确的解释和预测依然十分困难。