氢是自然界中含量最为丰富的元素之一,其在化工、石油、能源等工业方面有着重要的地位,氢的提取和加工对于全球的经济发展也是至关重要的。然而,当氢进入到金属结构材料当中以后,将会引起材料的韧性和塑性等力学性能下降,导致氢致材料损伤现象的出现。为了避免或延缓氢对金属材料的损伤,通常采用在金属材料表面制备一层或多层阻氢涂层,来阻碍或延缓氢的进入。因此研究氢在金属材料中的渗透行为对完善金属材料氢损伤理论具有重要的作用,同时为防止氢腐蚀,研究阻氢涂层对提高临氢设备的使用寿命具有重要的意义。本文首先以AISI304奥氏体不锈钢为研究对象,利用电化学氢渗透技术研究了氢在奥氏体不锈钢中的扩散行为,分析了阴极侧不同充氢电流密度对氢在金属材料中的有效扩散系数、阴极侧表面以下的氢浓度和阳极侧稳态渗透电流密度值等氢渗透参数的影响。采用阴极充氢的方法和XRD技术研究了阴极充氢和阴极侧充氢后的时效对冷轧和退火AISI304不锈钢产生相变以及阴极充氢和时效对产生表面裂纹的影响。为了研究阻氢涂层对阻氢扩散的机理,选用扩散系数较大的低碳钢作为基体材料。采用氢扩散理论拟合方法和时间滞后法评估了氢在低碳钢中的有效扩散系数,通过对部分衰减和积聚试验渗透瞬态曲线的拟合,获得了氢在低碳钢中的实际扩散系数及浓度分布。通过调整电镀液成分配比及电镀工艺参数,获得了Zn-Ni-Cd三元合金镀层。利用氢在工业纯铁箔片中扩散系数较大的特性,采用工业纯铁箔片做基体,获得了氢在Zn-Ni-Cd三元合金材料中的扩散系数及表观溶解度。在相同的阴极侧充氢情况下,比较了氢在低碳钢材料以及带有不同Zn-Ni-Cd镀层厚度的低碳钢组合材料中的扩散渗透情况,分析了Zn-Ni-Cd镀层对阻氢扩散的影响。利用氢扩散达到稳态后试样进入侧和出口侧的双解吸电流密度曲线,对低碳钢材料以及带有Zn-Ni-Cd镀层的组合材料中扩散氢和捕捉氢的含量进行了测定与表征,并分析了可逆捕捉陷阱对阻止氢在带有镀层的组合材料中扩散的影响。以氢浓度分布的亨利定律为基础,建立了两层材料界面处氢扩散的衔接条件,利用菲克第二定律建立了涂层／金属组合体系一维氢渗透理论模型,结合氢在带有Zn-Ni-Cd镀层的组合材料中渗透的实验参数,详细讨论了镀层位于基体不同侧时氢在组合材料各层中随时间和试样厚度变化的浓度分布、阳极侧的渗透电流密度变化情况以及相应的阻氢效果和机理。