金属基材料的力学性能受氢的影响最为严重，因而长期以来受到工业界和学术界的广泛关注。人们发现氢降低材料塑性发生在几乎所有重要的金属与合金中，是一个普遍的现象，并给这种现象起了一个专有名字：氢脆。

氢脆现象是阻碍高强钢广泛使用的一大因素，氢在诸如燃料电池之类的能源领域也具有重要应用。但氢会扩散到材料中并使它们更容易断裂，氢脆涉及多尺度氢缺陷的相互作用。由于氢原子质量小，容易迁移，采用常规技术手段难以确定氢在材料中的精确位置，从而限制了人们对氢脆现象的理解。热脱附光谱法可以识别氢的保留或捕获，但是这些数据很难和不同微观组织特征的相对贡献联系起来。

为此，研究人员使用低温转移原子探针层析成像技术，确定了两种普通钢铁材料中氢原子的确切位置，这是一项新的突破。相关论文2020年1月10日以题为《Observation of hydrogen trapping at dislocations, grain boundaries, and precipitates》发表在《Science》期刊。文章第一作者单位是悉尼大学，通讯单位是悉尼大学和中信金属，合作单位还包括北京科技大学、上海交通大学等。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/171

对氢陷阱的直接观察将有助于开发出更耐氢脆的材料。为此，研究人员通过低温转移原子探针层析成像技术来观察钢中特定微观结构特征下的氢。结果表明，氢原子被钉扎在钢中位错、晶界、析出相等位置不同界面。在富碳的位错和晶界处直接观察到了氢，这为氢脆模型提供了实验证据。在NbC析出相与钢基体不相连的界面处也观察到了氢。这直接证明了不相连的界面处可成为氢陷阱，这一发现对于设计抗脆性钢具有重要重义。

图1 铁素体钢和马氏体钢的显微组织

图2 TDS数据反映了两种钢中氢被捕获的温度

图3 APT分析充氘后含NbC的铁素体钢试样

图4 APT分析充氘后含晶界和位错的马氏体钢试样