氫脆(cui)與電鍍

1氫脆的(de)基本定義氫脆(cui)(hydrogen embrittlement，HE)  又稱氫緻開裂(liè)或氫損傷，是一(yī)種由于金屬材(cái)料中氫🐅引起的(de)材料塑性下降(jiàng)、開裂或損傷的(de)現象。氫脆是溶(rong)于鋼中的氫，聚(ju)合為氫分子，造(zao)成應力集🏃🏻中，超(chao)過鋼🔆的強度極(ji)限，在鋼内部形(xíng)成細小的裂紋(wen)。氫脆隻可防，不(bú)可治。氫脆一經(jing)産生，就消除不(bu)了。在材料的冶(ye)❌煉過程和零件(jiàn)的制造與裝配(pei)過程（如電鍍、焊(han)接）中進入鋼材(cai)内部的微量氫(qīng)(10的負6次方量級(jí))在内部殘餘的(de)或外加的應力(li)作用下導緻材(cai)料脆🏃🏻‍♂️化甚至開(kāi)裂。在尚未出現(xiàn)開裂的情況下(xià)可以通過脫氫(qīng)處理（例如加熱(re)到200℃以上數小時(shi)，可使内氫減少(shǎo)）恢複鋼材的性(xing)能。因此，内氫脆(cui)是可逆的。

2氫脆(cui)現象

氫脆通常(cháng)表現為應力作(zuo)用下的延遲斷(duàn)裂現象。曾經出(chu)現過汽車彈簧(huáng)、墊圈、螺釘、片簧(huang)等鍍鋅件，在💁裝(zhuang)配之後數小時(shí)内陸續發生斷(duàn)裂，斷裂比例達(dá)40-50%。某特種産品鍍(dù)镉件在使用過(guo)程中曾出現過(guò)批量裂紋斷裂(liè)，曾組織過全國(guó)性攻關，制訂嚴(yan)格的去氫工藝(yi)。另外,有一些氫(qīng)脆并不表現為(wéi)延遲斷裂現象(xiàng)，例如：電鍍挂具(ju)（鋼絲、銅絲）由于(yú)經多次電鍍和(he)酸洗退鍍，滲氫(qing)較嚴重，在使用(yong)中經常出現一(yi)折便發生脆斷(duàn)的現象；獵💘槍精(jing)鍛用❗的芯棒，經(jing)多次鍍鉻之後(hòu),，堕地斷裂；有的(de)淬火零件（内應(ying)力大）在酸洗時(shí)便産生🍓裂紋。這(zhè)🔴些零件滲氫嚴(yán)重，無需外加應(ying)力就産生裂紋(wén)，再也無法用去(qù)氫來恢複原㊙️有(yǒu)的韌性。

3氫脆的(de)機理

延遲斷裂(lie)現象的産生是(shì)由于零件内部(bù)的氫向應力集(jí)中的部位擴散(sàn)聚集，應力(li)集中部位的金(jin)屬缺陷多（原子(zi)點陣錯位、空穴(xué)等💛）。氫擴散到這(zhe)些缺陷處，氫原子變成氫(qīng)分子，産生(shēng)巨大的壓力，這個壓力與(yu)材料内部的殘(cán)留應力及材料(liào)受的外加應力(lì)，組成一個(gè)合力，當這(zhè)合力超過材料(liao)的屈服強度，就會導緻斷(duan)裂發生。氫(qīng)脆既然與氫原(yuán)子的擴散有關(guan)，擴散是需(xu)要時間的,擴散的速度與(yu)濃差梯度、溫度(dù)和材料種類有(yǒu)關。因此，氫(qīng)脆通常表現為(wei)延遲斷裂。

氫原(yuan)子具有最小的(de)原子半徑，容易在鋼、銅等(deng)金屬中擴散，而在镉、錫、鋅(xīn)及其合金中氫(qīng)的擴散比較困(kun)難。鍍镉層是最(zuì)難擴散的，鍍镉時産生的(de)氫，最初停(ting)留在鍍層中和(he)鍍層下的金屬(shǔ)表層，很難(nán)向外擴散，去氫特别困難(nan)。經過一段時間(jian)後，氫擴散(san)到金屬内部，特别是進入(rù)金屬内部缺陷(xiàn)處的氫，就(jiu)很難擴散出來(lai)。常溫下氫的擴(kuo)散速度相當緩(huǎn)慢,所以需(xu)要即時加熱去(qu)氫。溫度升高，增加氫在鋼(gang)中的溶解度,過高的溫度(du)會降低材料的(de)硬度，所以(yi)鍍前去應力和(hé)鍍後去氫的溫(wēn)度選擇，必(bi)須考慮不緻于(yu)降低材料硬度(du)，不得處于(yú)某些鋼材的脆(cuì)性回火溫度，不破壞鍍層(céng)本身的性能。

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降(jiang)低和消除氫脆(cui)的措施

4.1減少金屬中(zhōng)滲氫的數量，必(bì)須盡量減少高(gao)強度/高硬(yìng)度鋼制緊固件(jian)的酸洗，因為酸(suan)洗可加劇氫脆(cui)。在除鏽和(he)氧化皮時，盡量(liàng)采用噴砂抛丸(wán)的方法，若洛氏(shì)硬度等于或大(da)于HRC 32的緊固(gù)件進行酸洗時(shi)，必須在制定酸(suān)洗工藝時确保(bǎo)零📐件🙇‍♀️在酸中浸(jin)泡的時間最長(zhǎng)不超過10分(fen)鐘。并應盡量降(jiang)低酸液的濃度(du)，并保證零件在(zai)酸㊙️中浸泡的時(shi)間不超過10分鐘；在除油時(shi)，采用清洗劑或(huo)溶劑除油等化(huà)學除油方式🐉，滲(shèn)氫❗量較少，若采(cai)用電化學除油(yóu)，先陰極後陽極(jí)，高強🏃度零件不(bu)允許用陰極電(dian)解除油；在熱處(chù)理時，嚴格控制(zhi)💃🏻甲醇和丙烷的(de)滴注量；在電鍍(du)時，堿性鍍液或(huo)高電流效✨率的(de)鍍液滲氫量較(jiào)少。

4.2采(cai)用低氫擴散性(xìng)和低氫溶解度(dù)的鍍塗層。一般認為，在電(diàn)鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲入鋼件(jiàn)的氫容易殘留(liu)下來，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬(shǔ)鍍層具有低氫(qīng)擴散性和低氫(qīng)溶解度，滲氫㊙️較(jiào)少。在✉️滿足産品(pin)技術條件要求(qiu)的情況下，可采(cǎi)用不會造成❌滲(shen)氫的塗層，如機(jī)械鍍鋅或無鉻(gè)鋅鋁塗層，不會(huì)🔞發生氫脆，耐蝕(shi)㊙️性高，附着力好(hao)，且比電鍍環保(bao)。

4.3鍍前(qián)去應力和鍍後(hòu)去氫以消除氫(qīng)脆隐患。若(ruo)零件經淬火、焊(hàn)接等工序後内(nei)部殘留應力較(jiào)大，鍍前應進💜行(háng)回火處理，回火(huǒ)消除應力實際(jì)上可以減少零(ling)件内的陷阱數(shù)量，從而減輕發(fa)生氫脆的隐⁉️患(huan)。

4.4控制(zhi)鍍層厚度，由于(yú)鍍層覆蓋在緊(jǐn)固件表面，鍍層(céng)在一定🌐程度上(shàng)會起到氫擴散(sàn)屏障的作用，這(zhe)将阻⭐礙氫向緊(jǐn)固件🐇外部的擴(kuo)💰散。當鍍層(ceng)厚度超過2.5μm時，氫從緊(jǐn)固件中擴散出(chu)去就非常困難(nán)了。因此硬度<32HRC的緊固件，鍍(dù)層厚度可以要(yao)求在12μm；硬度≥32HRC的高(gāo)強度螺栓，鍍層(céng)厚度應控制在(zài)8μm max。這就(jiù)要求在産品設(shè)計時，必須考慮(lǜ)到高強度螺栓(shuan)的氫✌️脆風險，合(he)理選擇鍍層種(zhǒng)類和鍍層厚度(dù)。

5電鍍工件的除(chu)氫處理

出現氫(qing)脆的工件通過(guo)除氫處理（如加(jiā)熱等）也能消除(chú)氫👅脆，采用真空(kōng)、低氫氣氛或惰(duò)性氣氛加熱可(ke)避免氫脆。對于(yú)普通鍍鋅工件(jian)的除氫處理，一(yi)般都在200～240度的溫(wēn)度下，加熱2～4小時(shi)可将大部分氫(qing)去除。

國際标準(zhǔn)化組織為鍍前(qián)消除應力和鍍(dù)後去氫處理制(zhì)定了專門的标(biao)準，下面列出僅(jin)供參考。

6鍍鋅低(dī)氫脆的替代選(xuan)擇

對于目(mù)前一些電鍍廠(chang)客戶面臨的鍍(dù)鋅工件的氫脆(cuì)問題困惑💋和苦(kǔ)惱，使用潮州公浩重工制造有限责任公司(4G网站)的(de)堿性鋅鎳合金(jīn)電鍍工藝将是(shi)一個非常完美(mei)的解決方案！