大炮报废和飞机失事：氢脆现象的发生原因、如何克服

18世纪初，法国军队遇到了一桩伤透脑筋的怪事：一门崭新的大炮用不了多久就得报废。 有的甚至在发射时炮筒就炸裂开来，造成炮毁人亡的惨剧。 当然，这种怪事还出现在许多国家。

不过，更麻烦的事还在后头：人们无法找出其中的原因。 专家们被请来了，他们成百次地研究大炮的制造、材料，核对各种数据，改进设计，但仍然无济于事。

事情被拖到19世纪中叶。 一个名叫圣·克·德维尔的工程师被专门请到法国大炮制造厂“攻关”。 经过多年研究之后，他和助手卡叶塔在1863年宣布了一个惊人的消息：氢是毁坏大炮的罪魁祸首！

他们的研究表明，在炮筒周围存在氢或含氢气体时，火药爆炸时产生的高温高压，就会把氢挤进钢材，与钢中的碳作用，生成甲烷(化学式Ch2)气体，这些气体在炮筒钢材中形成细小的孔洞或裂缝，这就降低了炮筒的机械强度。 当再次发炮时，这种现象会加重，于是炮筒就在反复发炮时炸裂而报废。 此外，氢是具有最小体积的原子，在发炮时高温高压的作用下，部分氢原子还会进入钢材。 这种原子状态的氢具有很高的活性，它会随意在钢材中移动，使前述孔洞或裂缝“雪上加霜”。 为了证实这一点，他们把氢密封在一个钢制容器内加热，里面的氢居然能穿过容器壁逃逸出来。 又经过对被炸坏的炮筒的物理、化学分析，上述结论被完全证实。

世界各国的科学家反复验证了他们的上述研究，确认了他们研究的正确性。 于是把这种因氢引起金属发脆的现象称为“氢脆”。

后来人们发现，不但大炮会发生氢脆，其他许多东西也会发生氢脆。

经过1904～1909年德国化学家哈柏(1868～1934)对合成氨工艺条件的试验和理论研究，以及博施(1874～1940)和他的合作者经过两万多次试验，找到了较好的催化剂——含少量氧化铝的铁催化剂，合成氨工业得以发展。 但仍然遇到了氢脆问题——承受高温高压的主要设备——合成塔，用不了多久就得更换。 原来，生产氨的原料之一氢气就在塔内与氮气反应，当然会危及塔的安全。 直到1913年解决了氢对碳钢的“腐蚀”之后，第一座日产30吨的合成氨工厂才在这一年建成投产。

约1937年，英国皇家空军的一架战斗机不知何故，因发动机主轴断裂而失事。 专家经过详细研究后发现，这也是氢脆引起的。

1978年5月，美国一架DC－10型巨型客机载着270多名乘客和机组人员，从芝加哥机场起飞。 不到1分钟，发动机上的一只螺栓断裂，飞机坠地焚毁，人员无一幸存，酿成航空史上罕见的惨剧。 经研究发现，在那批螺栓表面都镀了一层镉，目的是防锈。 殊不知在镀镉时螺栓钢材已从电解液中分解出来的物质中吸收了大量的氢，最终因氢脆而断裂。

此外，美国一家发电厂的一台汽轮机主轴，也因氢脆在运行不到三个月就断裂了。

当然，氢并不都是从外界渗入钢材内部的。 在钢铁的冶炼过程中，要加上各种辅助材料，例如石灰、萤石等，作炉衬的耐火材料等等，它们都可使钢水中混入氢。 因此，钢材中的氢脆是一个普遍现象。

随着对氢脆现象的深入研究，人们还发现铜也会发生氢脆。

引起严重关注的氢脆现已基本克服。 人们大致采取了以下四条措施：一是用先进的真空冶炼和浇铸，使氢气从钢水中溢出，以减少钢中的含氢量。 二是在钢水中加入钴、铬、镍等，阻止碳与氢在钢中形成甲烷；三是用退火的方法，把钢中的氢“驱逐出境”；四是在钢制构件表面涂专门防钢氢化的防腐剂，防止氢这一“入侵之敌”。

事物总是一分为二的。 氢脆有时也有益处，我们还可将它派上用场哩！

人们以前制造铜粉的方法是：用机械的方法将铜块制成铜屑，再把铜碾成铜粉。 但由于铜的可塑性很好，所以得到的往往不是铜粉，而是铜箔。 于是人们利用铜的氢脆性，发明了一种新的制造铜粉的方法。 这种方法的大致工艺如下：把铜丝放在氢气流中加热1至2小时，其温度约500℃～600℃，这铜丝冷却后就具有氢脆性了。 再将它放入球磨机中研磨几个小时，就制成了颗粒极小的铜粉。 这种方法已用在生产中。

看来，“大自然把人们困在黑暗之中”的企图又一次失败了，人们又一次避害趋利取得了成功。