氫脆(cui)與電鍍(du)

1氫脆的(de)基本定(dìng)義氫脆(cui)(hydrogen embrittlement，HE)  又稱氫(qing)緻開裂(liè)或氫損(sǔn)傷，是一(yi)種由于(yu)金屬材(cai)料中氫(qīng)引起的(de)材料塑(su)性下降(jiang)、開裂或(huo)損傷的(de)現象。氫(qīng)脆是溶(rong)于鋼中(zhōng)的氫，聚(ju)合為氫(qing)分子，造(zao)成應力(lì)集中🔆，超(chao)過鋼⛷️的(de)🛀🏻強度極(jí)限，在鋼(gang)内部形(xíng)成細小(xiǎo)的裂紋(wen)。氫脆隻(zhi)可防，不(bú)可治。氫(qīng)脆一經(jīng)産生，就(jiu)消除不(bú)了。在材(cái)料💋的冶(ye)煉過程(cheng)和零件(jiàn)的制造(zao)與裝配(pei)過程（如(rú)電鍍、焊(han)🐅接）中進(jin)入鋼材(cái)内部的(de)微量氫(qing)(10的負6次(ci)方量級(jí))在内部(bù)殘餘的(de)或外加(jia)的應力(li)作用下(xià)導緻材(cái)料脆🧡化(hua)♌甚至開(kāi)裂。在尚(shàng)未出現(xiàn)開裂的(de)情況下(xià)可以通(tōng)過脫氫(qing)處理（例(li)如加熱(re)到200℃以上(shang)數小時(shí)，可使内(nei)氫減少(shǎo)）恢複鋼(gang)材的性(xìng)能。因此(cǐ)，内🐕氫脆(cuì)是可🍓逆(nì)的。

2氫脆(cui)現象

氫(qīng)脆通常(cháng)表現為(wéi)應力作(zuò)用下的(de)延遲斷(duan)裂現象(xiàng)。曾經出(chu)現過汽(qi)車彈簧(huáng)、墊圈、螺(luo)釘、片簧(huang)等鍍鋅(xīn)件，在裝(zhuang)☎️配之後(hòu)數小時(shi)内陸續(xu)發生斷(duàn)裂，斷裂(liè)比例達(dá)40-50%。某特種(zhong)産品鍍(du)镉件在(zài)使用過(guo)程中曾(ceng)出現過(guò)批量裂(liè)🈲紋斷裂(liè)，曾組織(zhi)過全國(guo)性攻關(guān)，制訂嚴(yán)格的去(qu)氫工藝(yì)。另外,有(yǒu)一些氫(qīng)脆并不(bu)表現為(wéi)延遲斷(duan)裂現象(xiàng)，例如：電(dian)鍍挂具(ju)（鋼絲、銅(tóng)絲）由于(yu)經多次(cì)電鍍和(hé)酸洗退(tui)鍍，滲🈲氫(qīng)較嚴重(zhong)👅，在使用(yong)中經常(cháng)出現一(yi)折便發(fa)生脆斷(duàn)的現象(xiang)；獵槍精(jing)🌈鍛用的(de)芯棒，經(jīng)多次鍍(dù)鉻之後(hòu),，堕地斷(duan)裂；有的(de)淬火零(líng)件（内應(yīng)力大）在(zài)酸洗時(shi)便産生(sheng)裂紋。這(zhe)些零件(jian)滲氫嚴(yan)重，無需(xu)外加應(ying)力就産(chan)生裂紋(wen)，再也無(wú)法用去(qu)氫來恢(hui)複原有(you)的韌性(xìng)。

3氫脆的(de)機理

延(yán)遲斷裂(lie)現象的(de)産生是(shi)由于零(ling)件内部(bù)的氫向(xiàng)應力集(jí)中的部(bù)位擴散(san)聚集，應力(li)集中部(bù)位的金(jin)屬缺陷(xian)多（原子(zǐ)點陣錯(cuo)位、空穴(xue)等）。氫擴(kuò)散到這(zhe)些缺陷(xiàn)處，氫原子(zi)變成氫(qing)分子，産生(shēng)巨大的(de)壓力，這個(ge)壓力與(yǔ)材料内(nèi)部的殘(cán)留應力(lì)及材料(liào)受的外(wài)加應力(lì)，組(zǔ)成一個(ge)合力，當這(zhe)合力超(chāo)過材料(liao)的屈服(fu)強度，就會(hui)導緻斷(duàn)裂發生(sheng)。氫(qīng)脆既然(ran)與氫原(yuan)子的擴(kuo)散有關(guan)，擴(kuo)散是需(xu)要時間(jian)的,擴散的(de)速度與(yǔ)濃差梯(ti)度、溫度(du)和材料(liao)種類有(you)關。因此(ci)，氫(qīng)脆通常(chang)表現為(wei)延遲斷(duan)裂。

氫原(yuan)子具有(yǒu)最小的(de)原子半(ban)徑，容易在(zai)鋼、銅等(děng)金屬中(zhong)擴散，而在(zai)镉、錫、鋅(xīn)及其合(he)金中氫(qing)的擴散(sàn)比較困(kun)難。鍍镉(gé)層是最(zui)難擴散(san)的，鍍镉時(shí)産生的(de)氫，最初停(ting)留在鍍(du)層中和(hé)鍍層下(xià)的金屬(shu)表層，很難(nán)向外擴(kuò)散，去氫特(tè)别困難(nan)。經過一(yī)段時間(jian)後，氫擴散(san)到金屬(shǔ)内部，特别(bié)是進入(ru)金屬内(nei)部缺陷(xian)處的氫(qīng)，就(jiù)很難擴(kuo)散出來(lái)。常溫下(xia)氫的擴(kuò)散速度(du)相當緩(huǎn)慢,所以需(xū)要即時(shí)加熱去(qu)氫。溫度(du)升高，增加(jia)氫在鋼(gāng)中的溶(róng)解度,過高(gāo)的溫度(dù)會降低(dī)材料的(de)硬度，所以(yi)鍍前去(qù)應力和(he)鍍後去(qù)氫的溫(wen)度選擇(zé)，必(bì)須考慮(lǜ)不緻于(yú)降低材(cái)料硬度(dù)，不(bu)得處于(yú)某些鋼(gāng)材的脆(cui)性回火(huo)溫度，不破(po)壞鍍層(ceng)本身的(de)性能。

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降(jiang)低和消(xiāo)除氫脆(cui)的措施(shi)

4.1減少(shǎo)金屬中(zhong)滲氫的(de)數量，必(bì)須盡量(liang)減少高(gāo)強度/高硬(ying)度鋼制(zhì)緊固件(jian)的酸洗(xǐ)，因為酸(suan)洗可加(jiā)劇氫脆(cui)。在(zai)除鏽和(hé)氧化皮(pí)時，盡量(liang)采用噴(pēn)砂抛丸(wán)的方法(fǎ)，若洛氏(shi)硬度等(deng)👄于或大(da)于HRC 32的緊固(gu)件進行(háng)酸洗時(shí)，必須在(zai)制定酸(suan)洗工藝(yi)時确保(bao)零件在(zai)酸♈中浸(jìn)泡的時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)10分(fèn)鐘。并應(ying)盡量降(jiang)低酸液(yè)的濃度(du)，并保證(zhèng)零件在(zai)酸中浸(jin)泡⛱️的時(shi)間不超(chao)過10分鐘；在(zai)除油時(shi)，采用清(qīng)洗劑或(huò)溶劑除(chu)油等化(hua)學除油(you)方📐式，滲(shèn)氫量較(jiào)少，若采(cǎi)用電化(hua)學除油(you)，先陰極(ji)後♊陽極(jí)🐪，高強度(du)零件不(bú)允許用(yòng)陰極電(dian)解除油(yóu)；在熱處(chù)理時，嚴(yán)格控制(zhi)甲醇和(hé)丙烷的(de)滴注量(liang)；在電鍍(dù)時，堿性(xing)鍍液或(huò)🏃‍♀️高電流(liú)效率的(de)鍍液滲(shen)氫量較(jiao)少。

4.2采(cai)用低氫(qing)擴散性(xìng)和低氫(qing)溶解度(dù)的鍍塗(tú)層。一般認(ren)為，在電(diàn)鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲(shen)入鋼件(jiàn)的氫容(róng)易殘留(liu)下來，而(ér)Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬(shu)鍍層具(ju)有低氫(qīng)擴散性(xìng)和低氫(qīng)溶解度(du)，滲氫🔱較(jiao)少。在滿(man)足産品(pǐn)技術條(tiao)件要求(qiú)的情況(kuang)下，可采(cǎi)用不會(huì)🔴造成滲(shèn)氫的塗(tú)🤞層，如機(ji)械鍍鋅(xin)或無鉻(gè)鋅鋁塗(tú)層，不會(hui)發生氫(qīng)😍脆，耐蝕(shí)性高，附(fu)着力好(hao)，且比電(dian)鍍環保(bǎo)。

4.3鍍前(qian)去應力(li)和鍍後(hòu)去氫以(yi)消除氫(qīng)脆隐患(huàn)。若(ruò)零件經(jīng)淬火、焊(han)接等工(gong)序後内(nèi)部殘留(liú)應力較(jiào)大，鍍前(qian)應進行(hang)回火處(chu)理，回火(huo)消除應(yīng)力實際(jì)上可以(yi)減少零(líng)件内的(de)陷阱數(shu)量，從而(er)減輕發(fā)生氫脆(cuì)的隐患(huàn)。

4.4控制(zhì)鍍層厚(hòu)度，由于(yu)鍍層覆(fù)蓋在緊(jǐn)固件表(biǎo)面，鍍層(ceng)在一定(ding)程度上(shàng)會起到(dào)氫擴散(sàn)屏障的(de)作用，這(zhè)将阻礙(ài)氫向緊(jin)固件外(wài)部的擴(kuo)散。當鍍層(céng)厚度超(chao)過2.5μm時(shí)，氫從緊(jin)固件中(zhong)擴散出(chū)去就非(fēi)常困難(nán)了。因此(cǐ)硬度<32HRC的緊(jǐn)固件，鍍(du)層厚度(dù)可以要(yao)求在12μm；硬度≥32HRC的高(gāo)強度螺(luo)栓，鍍層(ceng)厚度應(yīng)控制在(zài)8μm max。這就(jiu)要求在(zài)産品設(she)計時，必(bì)須考慮(lü)到高強(qiáng)度螺栓(shuān)的氫🈲脆(cui)🤩風險，合(hé)理選擇(ze)鍍層種(zhong)類和鍍(dù)層厚度(dù)。

5電鍍工(gong)件的除(chu)氫處理(lǐ)

出現氫(qing)脆的工(gong)件通過(guò)除氫處(chù)理（如加(jia)熱等）也(ye)能消除(chú)氫‼️脆，采(cǎi)用真空(kong)、低氫氣(qì)氛或惰(duo)性氣氛(fen)加熱可(ke)避免氫(qing)脆。對于(yú)普通鍍(du)鋅工件(jiàn)的除氫(qing)處理，一(yi)般都在(zai)200～240度的溫(wen)度下，加(jia)熱2～4小時(shi)可将大(da)部分氫(qīng)去除。

國(guó)際标準(zhǔn)化組織(zhī)為鍍前(qián)消除應(ying)力和鍍(dù)後去氫(qīng)處理制(zhi)定了專(zhuan)門的标(biāo)準，下面(miàn)列出僅(jǐn)供參考(kǎo)。

6鍍鋅低(dī)氫脆的(de)替代選(xuan)擇

對于目(mu)前一些(xie)電鍍廠(chang)客戶面(miàn)臨的鍍(du)鋅工件(jiàn)的氫脆(cuì)問題困(kun)惑和苦(ku)惱，使用潮州公浩重工制造有限责任公司(AI智能站)的(de)堿性鋅(xīn)鎳合金(jīn)電鍍工(gōng)藝将是(shi)一個非(fēi)常完美(mei)的解決(jué)方案！