關于氫脆的機理，尚無統(tǒng)一認識。各種理論的共同點是：氫原子通過應力誘導擴散在高應力區(qū)富集，只有當富集的氫濃度達到臨界值C.時，使材料斷裂應力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，有濃差擴散和應力擴散。裂紋尖端高應力塑變區(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，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C_H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），就會復合成H₂,即2H→H₂,這時該處的H₂壓力P就和C²_H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=C²_Hexp(-2ΔH/RT)（1.5)

當局部區(qū)域C_H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σ_th,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力無關，也不需要滯后時間（即不需要應力誘導擴散、富集），這完全是氫壓力P等于σ_th,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。當裂紋尖端區(qū)處于陰極狀態(tài)時，由于陰極反應的結(jié)果，表面將產(chǎn)生大量的氫原子，根據(jù)斷裂力學的觀點，處于高應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，導出了塑性變形功Tp和表面能r的關系。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，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）的應力集中σ_y等于被氫降低了的原子鍵合力σ_th(H),從而導致氫致微裂紋在該處形核，原子鍵進人微裂紋就復合成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，氫使門檻應力r_c(或應力強度因子）為

也使臨界斷裂應變下降，從而使材料變脆。因為只有當氫通過應力誘導擴散富集到等于臨界值C_th時，才會明顯促進局部塑性變形并使應變高度局部化，同時也使σ_th(H)明顯下降，從而在低的外應力下就導致開裂。