氫脆與電[Dian]鍍

1氫脆(Cui)的基[Ji]本(Ben)定義氫脆(hydrogen embrittlement，HE)  又稱氫緻開裂或[Huo]氫[Qing]損傷，是一種由于金屬材料中氫引起的材料塑性下降、開裂或損傷[Shang]的現象。氫脆[Cui]是溶(Rong)于鋼[Gang]中的氫，聚合為(Wei)氫分子，造成應(Ying)力集中，超過鋼的強[Qiang]度極限，在(Zai)鋼内[Nei]部形成細[Xi]小(Xiao)的裂[Lie]紋。氫脆[Cui]隻可防，不可[Ke]治[Zhi]。氫脆一經産生(Sheng)，就消除不[Bu]了。在材料的冶煉過[Guo]程和零件的制造與裝配過程（如電鍍、焊接）中進入鋼[Gang]材内部的微量氫(10的負[Fu]6次[Ci]方量級)在内(Nei)部殘餘的或外(Wai)加的應力作用下導緻材料脆化甚至(Zhi)開裂。在(Zai)尚(Shang)未出現[Xian]開裂的情況下可以[Yi]通過脫氫處理(Li)（例如加[Jia]熱到200℃以上數小時(Shi)，可使内氫減少）恢複鋼材的(De)性能。因此，内氫脆是可逆的。

2氫脆現(Xian)象

氫脆[Cui]通常表現為(Wei)應力作用下的[De]延[Yan]遲斷裂現象。曾經出現過[Guo]汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧[Huang]等鍍(Du)鋅件，在裝配之後數小時[Shi]内(Nei)陸續發生斷[Duan]裂，斷裂比例達40-50%。某特種産品鍍镉件在使用過程中曾出現過[Guo]批量裂紋斷裂，曾(Ceng)組(Zu)織過[Guo]全國性攻關，制訂嚴[Yan]格的去氫工藝。另外,有一些氫脆并不表現為延遲(Chi)斷裂現象，例如：電鍍挂具（鋼絲[Si]、銅絲）由于經多次電[Dian]鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經(Jing)常出現(Xian)一折便發生(Sheng)脆斷[Duan]的現(Xian)象；獵槍精鍛用[Yong]的芯棒，經多次鍍鉻之[Zhi]後,，堕地(Di)斷裂(Lie)；有的淬火零件(Jian)（内應力大(Da)）在酸洗時便産[Chan]生裂紋。這些零件滲(Shen)氫[Qing]嚴重，無需外加應力就産[Chan]生裂紋，再也[Ye]無法用去氫(Qing)來恢複[Fu]原有的韌[Ren]性。

3氫脆的[De]機理

延遲斷裂現象的産生是由于零件内部的氫(Qing)向應力集中的部(Bu)位擴散聚集，應力集中部位的金屬缺陷多（原子點(Dian)陣[Zhen]錯位、空穴等(Deng)）。氫[Qing]擴散到(Dao)這些缺[Que]陷處，氫原子(Zi)變成氫分子，産生巨大的壓力，這個壓力與材料[Liao]内部的殘留應力及材料受的[De]外加應力，組成[Cheng]一個合力，當這合力超過材[Cai]料的屈服強度，就[Jiu]會導[Dao]緻斷裂(Lie)發[Fa]生。氫脆既[Ji]然與氫[Qing]原子的(De)擴(Kuo)散有關，擴[Kuo]散(San)是需要時(Shi)間的,擴散的速度與(Yu)濃差(Cha)梯度、溫[Wen]度和材料種類有關。因此，氫脆通(Tong)常[Chang]表現為延遲(Chi)斷裂。

氫原子具有最小的原子半徑，容易在鋼、銅等金屬(Shu)中擴散，而[Er]在镉、錫、鋅及其合金中氫的擴散比[Bi]較困難。鍍(Du)镉層是最難擴散的，鍍(Du)镉時産生的(De)氫，最初停留在(Zai)鍍層中和鍍層下的[De]金屬表層(Ceng)，很難向外擴散，去氫[Qing]特别困難(Nan)。經過一段時間後，氫擴散到金(Jin)屬内部，特别(Bie)是進入[Ru]金屬内部(Bu)缺陷處的氫，就很難擴散出來。常溫[Wen]下氫的擴散速度相(Xiang)當緩慢,所以[Yi]需要即時(Shi)加熱去氫。溫度[Du]升高，增加氫在鋼中的溶解度,過高的溫(Wen)度會[Hui]降(Jiang)低材料的硬度(Du)，所以鍍前(Qian)去應力和鍍後去氫(Qing)的溫[Wen]度選[Xuan]擇，必須考慮不(Bu)緻于降低材料硬度[Du]，不得處于某些[Xie]鋼材的脆性回[Hui]火溫度，不(Bu)破壞鍍層本身(Shen)的性能。

4

降低和(He)消除氫脆的措施

4.1減少金屬中[Zhong]滲氫的數(Shu)量，必須盡(Jin)量減少高強度(Du)/高硬度鋼制緊固件的酸[Suan]洗，因為酸洗可加劇氫脆。在[Zai]除鏽和氧化[Hua]皮時，盡量采用[Yong]噴砂抛丸的方法，若[Ruo]洛氏硬度等于或大于HRC 32的緊固(Gu)件進行酸洗時，必[Bi]須(Xu)在制定酸洗工[Gong]藝時确保零件[Jian]在酸(Suan)中浸(Jin)泡的時間最長不超過10分鐘。并應盡量降(Jiang)低酸液的濃度，并保證零件在酸中[Zhong]浸泡的時間不超[Chao]過10分鐘；在除油時，采用清洗劑[Ji]或溶劑(Ji)除油(You)等化學除油方式，滲氫[Qing]量[Liang]較少，若采用電[Dian]化學除油，先陰[Yin]極後陽(Yang)極，高強度零(Ling)件不允許用陰極電解除油；在熱處(Chu)理時，嚴格控制甲[Jia]醇和丙烷(Wan)的滴注量；在電鍍時，堿性[Xing]鍍液或高電流效率的鍍[Du]液滲氫量(Liang)較(Jiao)少。

4.2采(Cai)用低[Di]氫擴散性和[He]低氫溶解度的鍍塗層(Ceng)。一般[Ban]認為，在電(Dian)鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲入(Ru)鋼件的氫[Qing]容易殘留下[Xia]來，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等(Deng)金屬鍍層[Ceng]具(Ju)有低氫擴散[San]性和低氫溶(Rong)解(Jie)度，滲氫較少。在滿足産(Chan)品技(Ji)術[Shu]條件要求(Qiu)的情況下，可采用不(Bu)會造成滲氫(Qing)的塗層(Ceng)，如機械鍍鋅或無鉻鋅鋁塗層，不會發生氫脆，耐蝕性高[Gao]，附着力好，且比電鍍環保(Bao)。

4.3鍍[Du]前去應(Ying)力和鍍後去氫以消除[Chu]氫脆隐患。若零件經淬火、焊(Han)接等(Deng)工序後内部殘留應力較大，鍍前(Qian)應進行回火處理(Li)，回火消除[Chu]應力實(Shi)際[Ji]上可[Ke]以減少(Shao)零件内的陷阱數量，從而減輕發生氫[Qing]脆的隐患。

4.4控制鍍層厚度，由于鍍層覆蓋在緊固件表[Biao]面，鍍層(Ceng)在一[Yi]定程[Cheng]度上會[Hui]起到氫擴散[San]屏障的作用，這将阻礙氫向緊固件外部的擴散。當鍍(Du)層[Ceng]厚度超過2.5μm時，氫從緊固件[Jian]中擴散出去就[Jiu]非(Fei)常困難了。因[Yin]此硬度<32HRC的[De]緊固件，鍍層厚度可以(Yi)要求在12μm；硬度≥32HRC的高強度螺栓，鍍層厚度應控制在8μm max。這就(Jiu)要求在産品設計時，必須考慮到高[Gao]強度螺栓[Shuan]的(De)氫脆風險，合(He)理(Li)選擇鍍層種類和[He]鍍層厚度。

5電鍍工[Gong]件的除氫處理

出現氫(Qing)脆的工件通過除氫(Qing)處理（如加(Jia)熱等）也能消除氫脆，采用真空、低氫(Qing)氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。對于普通鍍鋅(Xin)工件的除(Chu)氫[Qing]處理，一般都[Dou]在200～240度的溫度下，加熱2～4小時可将大部分氫去除。

國(Guo)際标準化組(Zu)織為鍍前消除應力和鍍後去(Qu)氫處理制[Zhi]定了專門的标準，下(Xia)面列出僅供參考(Kao)。

6鍍鋅低氫脆的替代選擇

對于目前一(Yi)些電鍍廠客戶面臨的鍍鋅工[Gong]件的氫脆問題[Ti]困惑和苦惱(Nao)，使用華[Hua]友表(Biao)面[Mian]處理材料有限公[Gong]司的堿性[Xing]鋅鎳合金電鍍(Du)工藝将是一個(Ge)非常完美的解決方案！