由于其低密度、高强度和丰富等特性，铝及其合金被广泛用于建筑、消费电子产品以及交通工具领域，包括汽车、轮船、火车和飞机。然而若没有及早发现，铝合金在使用过程中容易发生氢脆，可能会造成灾难性故障。与钢相比，铝中氢的影响尚不清楚。据外媒报道，德国马克斯·普朗克研究所（Max-Planck-Institut für Eisenforschung，MPIE）的博士后研究员Huan Zhao博士及其同事分析了氢如何使铝合金脆化，并找到了阻碍该效应的方法。研究结果已发表于期刊《Nature》。

（图片来源：期刊Nature）

Zhao称：“由于氢是所有元素中最小的元素，在铝中的溶解度较低，因此在原子尺度上检测极具挑战性。氢是否可以进入铝？进入多少？位于微结构内部的什么位置？又是如何影响性能的？截至目前，这些都是未解决的问题。”MPIE研究人员对一种高强度铝类7xxx铝进行测试，这种铝也是飞机结构部件的首选材料。研究人员使用氢气填充样品，并进行拉伸测试。试验表明延展性会随着氢气量的增加而降低。

其断口表明裂纹尤其沿晶界扩展。通过低温转移原子探针断层扫描，科学家们发现氢会沿着这些晶界聚集。MPIE博士后研究员Poulami Chakraborty博士表示：“我们的实验表明，块状材料内颗粒中的氢含量远高于晶界。但是，氢仅在晶界处会使材料脆化。在计算模拟的帮助下，我们能够看到氢会被沿晶界的高能区域吸引，导致材料失效，而块状中的颗粒更像是氢陷阱，阻碍了裂纹的扩展。”

金属间化合物颗粒或是首个解决方案

MPIE研究人员能够显示在材料加工或使用过程中氢气进入后的位置。但由于该方法无法真正预防氢脆，因此控制其诱捕非常重要。研究人员推荐了不同的策略来防止氢脆，特别是使用可以将氢捕获在块状材料中的金属间化合物颗粒。此外，控制晶界处的镁含量也至关重要。Zhao博士表示：“在晶界与氢配对的镁会增加脆化。与此同时，我们必须控制体积中颗粒的正确尺寸和体积分数，以捕获氢气，同时保持材料的强度。”