金屬基材料的力學性能受氫的影響最為嚴重，因而長期以來受到工業界和學術界的廣泛關注。人們發現氫降低材料塑性發生在幾乎所有重要的金屬與合金中，是一個普遍的現象，并給這種現象起了一個專有名字：氫脆。

氫脆現象是阻礙高強鋼廣泛使用的一大因素，氫在諸如燃料電池之類的能源領域也具有重要應用。但氫會擴散到材料中并使它們更容易斷裂，氫脆涉及多尺度氫缺陷的相互作用。由于氫原子質量小，容易遷移，采用常規技術手段難以確定氫在材料中的精確位置，從而限制了人們對氫脆現象的理解。熱脫附光譜法可以識別氫的保留或捕獲，但是這些數據很難和不同微觀組織特征的相對貢獻聯系起來。

為此，研究人員使用低溫轉移原子探針層析成像技術，確定了兩種普通鋼鐵材料中氫原子的確切位置，這是一項新的突破。相關論文2020年1月10日以題為《Observation of hydrogen trapping at dislocations, grain boundaries, and precipitates》發表在《Science》期刊。文章第一作者單位是悉尼大學，通訊單位是悉尼大學和中信金屬，合作單位還包括北京科技大學、上海交通大學等。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/367/6474/171

對氫陷阱的直接觀察將有助于開發出更耐氫脆的材料。為此，研究人員通過低溫轉移原子探針層析成像技術來觀察鋼中特定微觀結構特征下的氫。結果表明，氫原子被釘扎在鋼中位錯、晶界、析出相等位置不同界面。在富碳的位錯和晶界處直接觀察到了氫，這為氫脆模型提供了實驗證據。在NbC析出相與鋼基體不相連的界面處也觀察到了氫。這直接證明了不相連的界面處可成為氫陷阱，這一發現對于設計抗脆性鋼具有重要重義。

圖1 鐵素體鋼和馬氏體鋼的顯微組織

圖2 TDS數據反映了兩種鋼中氫被捕獲的溫度

圖3 APT分析充氘后含NbC的鐵素體鋼試樣

圖4 APT分析充氘后含晶界和位錯的馬氏體鋼試樣