氫脆與電(dian)鍍(du)

1氫脆的(de)基本(ben)定義(yi)氫脆(cui)(hydrogen embrittlement，HE)  又稱(cheng)氫緻(zhi)開裂(lie)或氫(qing)損傷(shang)，是一(yi)種由(you)于金(jin)屬材(cai)料中氫(qing)引(yin)起的(de)材料塑性下降(jiang)、開裂或損(sun)傷的現象(xiang)。氫脆是溶(rong)于鋼中的氫，聚(ju)合為(wei)氫分(fen)子，造(zao)成應(ying)力(li)集中，超(chao)過鋼(gang)的強(qiang)度極(ji)限，在鋼(gang)内部形(xing)成細(xi)小的裂紋(wen)。氫脆隻可(ke)防，不(bu)可治(zhi)。氫脆(cui)一經(jing)産生(sheng)，就消除不(bu)了。在材(cai)料的冶(ye)煉過程和(he)零件(jian)的制(zhi)造與裝配(pei)過程（如電(dian)鍍、焊(han)接）中進(jin)入(ru)鋼材(cai)内部的(de)微(wei)量氫(qing)(10的負6次(ci)方量級(ji))在内(nei)部殘(can)餘的(de)或外(wai)加的應力(li)作用(yong)下(xia)導緻材(cai)料脆(cui)化甚至開(kai)裂。在(zai)尚(shang)未(wei)出現開裂的(de)情(qing)況下(xia)可以通過脫氫(qing)處理（例(li)如加熱(re)到200℃以上數(shu)小時(shi)，可使(shi)内氫減少(shao)）恢複鋼(gang)材的性能。因(yin)此，内(nei)氫脆(cui)是可(ke)逆的(de)。

2氫脆(cui)現象

氫(qing)脆通常(chang)表現為應(ying)力作(zuo)用下的(de)延遲斷(duan)裂現象。曾經出(chu)現過(guo)汽車彈簧(huang)、墊圈、螺釘、片簧(huang)等鍍(du)鋅件(jian)，在裝(zhuang)配之後數(shu)小時内陸(lu)續發(fa)生斷(duan)裂，斷裂(lie)比(bi)例達(da)40-50%。某特(te)種産品鍍(du)镉件(jian)在使(shi)用過(guo)程中(zhong)曾出現過(guo)批量(liang)裂紋(wen)斷裂(lie)，曾組織過(guo)全國(guo)性攻關，制(zhi)訂嚴(yan)格的(de)去(qu)氫工藝(yi)。另外,有一些氫(qing)脆并(bing)不表現為(wei)延遲斷(duan)裂(lie)現象(xiang)，例如：電(dian)鍍(du)挂具(ju)（鋼絲(si)、銅絲(si)）由于(yu)經多(duo)次電(dian)鍍和(he)酸洗(xi)退鍍(du)，滲氫(qing)較嚴(yan)重，在使用(yong)中經常(chang)出(chu)現一折便(bian)發生脆斷(duan)的現(xian)象；獵槍精(jing)鍛用的(de)芯棒，經(jing)多次鍍鉻(ge)之後(hou),，堕地(di)斷裂(lie)；有的(de)淬火零(ling)件(jian)（内應力大(da)）在酸(suan)洗時(shi)便産生裂紋。這(zhe)些零(ling)件滲氫嚴(yan)重，無需外加應力就(jiu)産生裂紋(wen)，再也無(wu)法用去(qu)氫來恢複原有(you)的韌性。

3氫(qing)脆的(de)機理

延遲斷裂(lie)現象的産(chan)生是(shi)由于(yu)零件内部(bu)的氫向應(ying)力集(ji)中的部位(wei)擴散(san)聚集(ji)，應力集中部位的金(jin)屬缺陷多（原子(zi)點陣錯位(wei)、空穴(xue)等）。氫擴散到這些缺陷處，氫原(yuan)子變(bian)成氫(qing)分子(zi)，産生(sheng)巨大(da)的壓力，這(zhe)個(ge)壓(ya)力與(yu)材料内部(bu)的殘(can)留應力及(ji)材料(liao)受的外(wai)加應力，組成(cheng)一個(ge)合力，當這合力(li)超過(guo)材料(liao)的屈服(fu)強(qiang)度，就(jiu)會導緻斷(duan)裂發生。氫脆既(ji)然與氫原(yuan)子的擴散有關(guan)，擴(kuo)散是需(xu)要時(shi)間的,擴散(san)的(de)速度與(yu)濃差梯度(du)、溫度(du)和材料(liao)種類有(you)關。因(yin)此(ci)，氫脆通(tong)常表現為(wei)延遲(chi)斷裂(lie)。

氫原子具(ju)有最小的(de)原子半徑，容易(yi)在(zai)鋼、銅等(deng)金屬中擴散，而在镉(ge)、錫、鋅(xin)及其合金中氫(qing)的擴(kuo)散(san)比較困(kun)難。鍍镉層(ceng)是最(zui)難擴(kuo)散(san)的，鍍镉(ge)時産生的(de)氫，最初停(ting)留在鍍(du)層(ceng)中和鍍層(ceng)下的金屬(shu)表層，很難(nan)向外(wai)擴散，去氫特别困難(nan)。經過一段時間(jian)後，氫擴散(san)到金(jin)屬(shu)内部，特别是進入(ru)金屬(shu)内部(bu)缺陷(xian)處的氫，就(jiu)很難(nan)擴散出來(lai)。常溫(wen)下(xia)氫(qing)的擴(kuo)散速(su)度相當緩(huan)慢,所(suo)以需要即(ji)時加熱去(qu)氫。溫度升(sheng)高，增(zeng)加氫在鋼(gang)中的溶解(jie)度,過(guo)高的溫度(du)會降低(di)材(cai)料的硬度，所以(yi)鍍前去應力和(he)鍍後(hou)去(qu)氫的溫(wen)度選擇(ze)，必須考(kao)慮不緻于(yu)降低(di)材料硬度(du)，不得處于(yu)某些鋼材的脆性回(hui)火(huo)溫度，不破(po)壞(huai)鍍層本身的性(xing)能。

4

降(jiang)低和(he)消除氫脆(cui)的措(cuo)施

4.1減少(shao)金屬中滲氫(qing)的數(shu)量，必(bi)須盡量減(jian)少高強度(du)/高硬(ying)度鋼(gang)制緊固件(jian)的酸(suan)洗，因(yin)為酸(suan)洗可加劇(ju)氫脆(cui)。在除(chu)鏽和(he)氧化(hua)皮時(shi)，盡量采用(yong)噴砂(sha)抛丸(wan)的方(fang)法，若(ruo)洛氏硬度(du)等(deng)于或大(da)于HRC 32的(de)緊固(gu)件進(jin)行酸洗時(shi)，必須(xu)在制(zhi)定酸(suan)洗工(gong)藝(yi)時确保(bao)零件在酸(suan)中浸泡的(de)時(shi)間最長(zhang)不超過10分(fen)鐘。并(bing)應盡(jin)量降(jiang)低酸液的濃度(du)，并保(bao)證零件在(zai)酸中浸(jin)泡的時(shi)間不(bu)超過10分鐘；在除(chu)油時，采用清(qing)洗(xi)劑或(huo)溶劑除油(you)等化(hua)學除(chu)油(you)方式，滲(shen)氫量較少(shao)，若采(cai)用電化(hua)學除油(you)，先陰極後(hou)陽極，高強(qiang)度零件不(bu)允許用陰(yin)極電(dian)解除油；在熱處(chu)理時(shi)，嚴(yan)格(ge)控制(zhi)甲醇(chun)和丙(bing)烷的(de)滴注量(liang)；在(zai)電鍍(du)時，堿(jian)性鍍(du)液或(huo)高電(dian)流效(xiao)率的鍍液(ye)滲氫量較(jiao)少。

4.2采(cai)用低(di)氫擴(kuo)散性(xing)和低氫溶(rong)解度(du)的鍍(du)塗層。一般認為(wei)，在電(dian)鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時(shi)，滲(shen)入鋼件(jian)的氫容易(yi)殘留(liu)下來(lai)，而(er)Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬(shu)鍍層具有(you)低氫(qing)擴散(san)性和低氫(qing)溶解度，滲(shen)氫較(jiao)少。在(zai)滿足産品(pin)技術(shu)條件(jian)要求(qiu)的情況下(xia)，可采(cai)用不會造(zao)成滲氫的(de)塗層，如機(ji)械鍍(du)鋅或(huo)無鉻(ge)鋅鋁塗層(ceng)，不會(hui)發生(sheng)氫(qing)脆，耐蝕(shi)性高，附着(zhe)力好(hao)，且比電鍍(du)環保。

4.3鍍前(qian)去應力和鍍後(hou)去氫以消除氫(qing)脆隐患(huan)。若(ruo)零件(jian)經淬火、焊(han)接等工序(xu)後内(nei)部殘(can)留(liu)應(ying)力較(jiao)大，鍍(du)前應(ying)進行回火(huo)處理(li)，回火(huo)消除應力(li)實際上可以減少零(ling)件内的陷(xian)阱數(shu)量，從(cong)而減(jian)輕發(fa)生氫脆的(de)隐患。

4.4控制(zhi)鍍層(ceng)厚(hou)度，由于(yu)鍍層覆(fu)蓋(gai)在緊(jin)固件表面，鍍層(ceng)在一(yi)定(ding)程(cheng)度上(shang)會起(qi)到氫(qing)擴散(san)屏障(zhang)的(de)作用，這(zhe)将阻礙氫(qing)向緊(jin)固件(jian)外部的擴(kuo)散。當(dang)鍍層(ceng)厚度(du)超過2.5μm時(shi)，氫(qing)從緊(jin)固件(jian)中(zhong)擴散出(chu)去就非常(chang)困難(nan)了。因此硬度<32HRC的(de)緊固(gu)件，鍍層厚度可以要(yao)求在(zai)12μm；硬度(du)≥32HRC的高(gao)強度螺(luo)栓(shuan)，鍍層厚度(du)應(ying)控制在(zai)8μm max。這就(jiu)要求在産(chan)品設(she)計時(shi)，必須(xu)考慮(lü)到高強度螺栓(shuan)的氫脆風(feng)險，合理選(xuan)擇(ze)鍍層種(zhong)類和鍍層厚度。

5電鍍(du)工件的除(chu)氫處理

出現氫(qing)脆的(de)工件通過(guo)除氫(qing)處理(li)（如加(jia)熱等(deng)）也(ye)能消除(chu)氫脆(cui)，采(cai)用(yong)真空(kong)、低氫氣氛(fen)或惰(duo)性氣氛加熱可(ke)避免(mian)氫(qing)脆。對于(yu)普通鍍(du)鋅工件的除(chu)氫(qing)處理，一(yi)般都在(zai)200～240度的溫度下(xia)，加(jia)熱2～4小時(shi)可将大部(bu)分氫(qing)去除(chu)。

國(guo)際标準(zhun)化組(zu)織(zhi)為(wei)鍍前(qian)消除(chu)應(ying)力(li)和鍍(du)後去氫處(chu)理制(zhi)定了(le)專(zhuan)門的标(biao)準，下面(mian)列(lie)出僅(jin)供參(can)考。

6鍍(du)鋅低(di)氫脆的替代選(xuan)擇

對于目(mu)前一些電鍍廠(chang)客戶面臨(lin)的鍍(du)鋅工件(jian)的氫脆(cui)問題(ti)困(kun)惑(huo)和苦(ku)惱，使用大高康鑫集團有限公司的(de)堿性(xing)鋅鎳合金(jin)電鍍(du)工藝(yi)将是(shi)一個非常完美(mei)的解決(jue)方(fang)案！