關(guān)于氫脆的機理，尚無統(tǒng)一認識。各種理論的共同點是：氫原子通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴散在高應(yīng)力區(qū)富集，只有當(dāng)富集的氫濃度達到臨界值C.時，使材料斷裂應(yīng)力σ降低，才發(fā)生脆斷。目前較為普遍的觀點有以下幾種。
1. 氫的擴散機理
裂紋尖端處于陰極區(qū)，由于陰極反應(yīng)的結(jié)果，使介質(zhì)中的氫離子獲得電子后還原成氫原子，一部分氫原子進一步結(jié)合成氫氣后逸出，另一部分氫原子向金屬內(nèi)部擴散。原子氫在金屬中的擴散，有濃差擴散和應(yīng)力擴散。裂紋尖端高應(yīng)力塑變區(qū)晶格缺陷的堆積，產(chǎn)生氫與金屬中缺陷交互作用的陷捕效應(yīng)，使氫在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高濃度的集中，從而使該區(qū)域的金屬脆化。
2. 氫壓理論
在H2環(huán)境中，H2分解成H進入金屬，其濃度CH和／P成正比，反過來，如果溶解在金屬中的H進入某些特殊區(qū)域（如夾界或第二相界面，空位團），就會復(fù)合成H2,即2H→H2,這時該處的H2壓力P就和C2H成正比，但由于H2不是理想氣團，壓力較高時要用逸度f代替，即
f=(CH/S)2=C2Hexp(-2ΔH/RT)（1.5)
當(dāng)局部區(qū)域CH很高時，按式（1.5)算出的逸度換算成壓力后等于原子鍵合力σth,就會使局部地區(qū)的原子鍵斷裂而形成微裂紋。在高逸度電解充氫時，充氫過程中就會產(chǎn)生氫鼓泡（出現(xiàn)在表層）或氫致微裂紋，它和是否存在外加應(yīng)力無關(guān)，也不需要滯后時間（即不需要應(yīng)力誘導(dǎo)擴散、富集），這完全是氫壓力P等于σth,從而使原子鍵斷裂而形成微裂紋。氫壓理論成功地解釋了電解充氫過程中產(chǎn)生的裂紋、鋼中白點以及鋼在硫化氫溶液中產(chǎn)生的裂紋。但對于不可逆損傷，如氫致可逆塑性損失以及氫致滯后開裂，僅僅用氫壓理論無法解釋。
3. 氫降低表面能理論
氫降低表面能理論是N.Petch和P.Stabls在1952年提出的。材料斷裂時將形成兩個新的表面，對于完全脆性的材料，斷裂時所需的外力做功等于形成新的表面所需的表面能。當(dāng)裂紋尖端區(qū)處于陰極狀態(tài)時，由于陰極反應(yīng)的結(jié)果，表面將產(chǎn)生大量的氫原子，根據(jù)斷裂力學(xué)的觀點，處于高應(yīng)力裂紋尖端的表面會有效地促使表面吸附氫原子，吸附在材料表面的氫會使材料的表面能降低，使斷裂所需的臨界外應(yīng)力降低，引起氫脆。它沒有考慮塑性變形功，因而對金屬材料是不適用的。到了20世紀(jì)70年代，C.McMahon等人對這一理論進一步作了修正。他用Orowan判據(jù)，把局部塑性變形的因素考慮進去，導(dǎo)出了塑性變形功Tp和表面能r的關(guān)系。氫降低表面能理論存在的問題如下：一方面，對氫吸附后表面能降低的物理本質(zhì)尚不清楚；另一方面，這一理論忽視了局部塑性變形對斷裂過程的主導(dǎo)作用。
4. 弱鍵理論
弱鍵理論認為氫進人材料后能使材料的原子間鍵力降低，原因是氫的1s電子進入過渡族金屬的d帶，使d帶電子密度升高，s帶與d帶重合部分增大，因而原子間排斥力增加，即鍵力下降。該理論簡單直觀，容易被人們接受。給而實驗證據(jù)尚不充分，如材料的彈性模量與鍵力有關(guān)，但實驗并未發(fā)現(xiàn)氫對彈性模量有顯著的影響。此外，沒有3d帶的鋁合金也能發(fā)生可逆氫脆，因此不可能有氫的1s電子進入金屬的d帶。
5.氫促進局部塑性變形機理
氫促進局部塑性變形機理的基礎(chǔ)是一系列斷口形貌研究結(jié)果和隨后的金相及透射電鏡原位跟蹤實驗結(jié)果。該理論認為，氫能促進位錯的增殖和運動，使得局部地區(qū)（如裂尖、無位錯區(qū)、位錯塞積群前端）的應(yīng)力集中σy等于被氫降低了的原子鍵合力σth(H),從而導(dǎo)致氫致微裂紋在該處形核，原子鍵進人微裂紋就復(fù)合成H2,產(chǎn)生氫壓，它能使微裂紋穩(wěn)定化，同時也能協(xié)助局部應(yīng)力使之解理擴展。該理論同時考慮了氫促進局部塑性變形，氫降低原子鍵合力以及氫壓作用。該理論表明，從微裂紋上看，氫促進位錯發(fā)射和運動；從宏觀上看，氫使門檻應(yīng)力rc(或應(yīng)力強度因子）為
也使臨界斷裂應(yīng)變下降，從而使材料變脆。因為只有當(dāng)氫通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴散富集到等于臨界值Cth時，才會明顯促進局部塑性變形并使應(yīng)變高度局部化，同時也使σth(H)明顯下降，從而在低的外應(yīng)力下就導(dǎo)致開裂。
