洁净煤技术

作者：蒋小霞, 李营, 尤佳乐, 张涛, 刘浩伟, 李永红, 白红存

关键词：氢能,氢脆,多尺度分析,宏观结构,介观结构,微观结构,氢安全

氢脆是现代化工和能源加工过程中涉氢环境下的关键材料失效问题，其复杂性横跨从原子行为到宏观断裂的多尺度耦合过程，直接影响氢能基础设施和化工设备的安全性与服役寿命。然而，目前尚缺乏针对金属材料氢脆的系统多尺度现状分析与展望。借助多尺度研究思想，系统梳理并分析了金属材料中氢脆现象及其作用机制的相关研究，提出未来研究方向与展望。在宏观尺度层面，重点探讨了掺氢比、温度、湿度及外加载荷等服役参数对氢脆敏感性的协同作用规律，揭示这些外部因素如何通过非线性耦合方式调控材料的氢脆失效行为。在介观尺度上，深入揭示了晶粒尺寸、晶界类型及相界面特性对氢扩散与聚集行为的调控机制，阐明不同介观结构特征如何影响氢的局域富集与裂纹萌生路径。在微观尺度上，系统解析了氢原子与位错、晶界、孪晶界及纳米析出物等晶格缺陷的交互作用机制，阐明氢在缺陷处的俘获、迁移与富集行为及其对材料脆化的原子级起源。进一步提出了微观原子–介观晶界–宏观裂纹的多尺度耦合研究方法。通过跨尺度关联揭示多场共同作用下金属材料氢致失效的链式传递机制，构建从氢原子局域富集到介观结构演化再到宏观裂纹扩展的完整失效图景。基于上述多尺度现状分析与展望，可为现代化工和能源加工过程涉氢环境中抗氢脆材料的设计与优化，以及氢能工程的安全评估与寿命预测提供重要的理论依据和科学参考。

来源：2025年第12期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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