氫脆的原理與預(yù)防

1、去氫處理， 也稱除氫處理， 一般對(duì)電鍍前后必須 進(jìn)行工序，特別是對(duì)高強(qiáng)度高硬度的零件在電鍍 工藝中。氫脆的原理與預(yù)防在任何電鍍?nèi)芤褐?,由于水分子的離解 ,總或 多或少地存在一定數(shù)量的氫離子。 因此 ,電鍍過程 中 ,在陰極析出金屬 （主反應(yīng) ）的同時(shí) ,伴有氫氣的 析出（副反應(yīng) ）。析氫的影響是多方面的 ,其中最主 要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴(yán)重的質(zhì)量隱 患之一 ,析氫嚴(yán)重的零件在使用過程中就可能斷 裂,造成嚴(yán)重的事故。表面處理技術(shù)人員必須掌握 避免和消除氫脆的技術(shù) ,氫脆的影響降低到最低 限度。、氫脆1 氫脆現(xiàn)象 氫脆通常表現(xiàn)為應(yīng)力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。 曾 經(jīng)出現(xiàn)過汽車彈簧、 墊圈、

2、螺釘、片簧等鍍鋅件 , 在裝配之后數(shù)小時(shí)內(nèi)陸續(xù)發(fā)生斷裂 ,斷裂比例達(dá) 40%50%。某特種產(chǎn)品鍍鎘件在使用過程中曾 出現(xiàn)過批量裂紋斷裂 ,曾組織過全國性攻關(guān) ,制訂 嚴(yán)格的去氫工藝。另外 ,有一些氫脆并不表現(xiàn)為延 遲斷裂現(xiàn)象 ,例如:電鍍掛具 （鋼絲、銅絲）由于經(jīng)多 次電鍍和酸洗退鍍 ,滲氫較嚴(yán)重 ,在使用中經(jīng)常出 現(xiàn)一折便發(fā)生脆斷的現(xiàn)象 ;獵槍精鍛用的芯棒 ,經(jīng) 多次鍍鉻之后 ,墮地?cái)嗔?;有的淬火零件 （ 內(nèi)應(yīng)力 大 ）在酸洗時(shí)便產(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴(yán)重 ,無 需外加應(yīng)力就產(chǎn)生裂紋 ,再也無法用去氫來恢復(fù) 原有的韌性。2 氫脆機(jī)理 延遲斷裂現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于零件內(nèi)部的氫向應(yīng) 力集中的部位擴(kuò)

3、散聚集 ,應(yīng)力集中部位的金屬缺 陷多 （原子點(diǎn)陣錯(cuò)位、空穴等 ）。氫擴(kuò)散到這些缺 陷處 ,氫原子變成氫分子 ,產(chǎn)生巨大的壓力 ,這個(gè)壓 力與材料內(nèi)部的殘留應(yīng)力及材料受的外加應(yīng)力 , 組成一個(gè)合力 ,當(dāng)這合力超過材料的屈服強(qiáng)度 ,就 會(huì)導(dǎo)致斷裂發(fā)生。氫脆既然與氫原子的擴(kuò)散有關(guān) , 擴(kuò)散是需要時(shí)間的 ,擴(kuò)散的速度與濃差梯度、 溫度 和材料種類有關(guān)。因此 ,氫脆通常表現(xiàn)為延遲斷 裂。氫原子具有最小的原子半徑 ,容易在鋼、銅等金屬 中擴(kuò)散 ,而在鎘、錫、鋅及其合金中氫的擴(kuò)散比較 困難。鍍鎘層是最難擴(kuò)散的 ,鍍鎘時(shí)產(chǎn)生的氫 ,最 初停留在鍍層中和鍍層下的金屬表層 ,很難向外 擴(kuò)散 ,去氫特別困難。經(jīng)過一

4、段時(shí)間后 ,氫擴(kuò)散到 金屬內(nèi)部 ,特別是進(jìn)入金屬內(nèi)部缺陷處的氫 ,就很 難擴(kuò)散出來。常溫下氫的擴(kuò)散速度相當(dāng)緩慢 ,所以 需要即時(shí)加熱去氫。溫度升高 ,增加氫在鋼中的溶 解度 ,過高的溫度會(huì)降低材料的硬度 ,所以鍍前去 應(yīng)力和鍍后去氫的溫度選擇 ,必須考慮不致于降 低材料硬度 ,不得處于某些鋼材的脆性回火溫度 , 不破壞鍍層本身的性能。 二、避免和消除的措施1 減少金屬中滲氫的數(shù)量 在除銹和氧化皮時(shí) ,盡量采用吹砂除銹 ,若采用酸 洗,需在酸洗液中添加若丁等緩蝕劑 ;在除油時(shí) ,采 用化學(xué)除油、清洗劑或溶劑除油 ,滲氫量較少 ,若 采用電化學(xué)除油 ,先陰極后陽極 ;在電鍍時(shí) ,堿性鍍 液或高電流

5、效率的鍍液滲氫量較少。2 采用低氫擴(kuò)散性和低氫溶解度的鍍涂層 一般認(rèn)為,在電鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、 Pb時(shí),滲入鋼件的氫容易殘留下來，而Cu、M o、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具有低氫 擴(kuò)散性和低氫溶解度 ，滲氫較少。在滿足產(chǎn)品技術(shù) 條件要求的情況下 ，可采用不會(huì)造成滲氫的涂層 ， 如機(jī)械鍍鋅可以 ，不會(huì)發(fā)生氫脆 ，耐蝕性高 ，附著力 好，厚5100 ym,成本低。3 鍍前去應(yīng)力和鍍后去氫以消除氫脆隱患 若零件經(jīng)淬火、焊接等工序后內(nèi)部殘留應(yīng)力較大 ， 鍍前應(yīng)進(jìn)行回火處理 ，減少發(fā)生嚴(yán)重滲氫的隱患。 對(duì)電鍍過程中滲氫較多的零件原則上應(yīng)盡快去 氫，因?yàn)殄儗又械臍浜捅韺踊w金屬中的氫在

6、向 鋼基體內(nèi)部擴(kuò)散 ，其數(shù)量隨時(shí)間的延長而增加。 新 的國際標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定“最好在鍍后1 h內(nèi),但不遲 于3 h，進(jìn)行去氫處理”。國內(nèi)也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì) 電鍍鋅前、 后的去氫處理作了規(guī)定。電鍍后去氫處理工藝廣泛采用加熱烘烤 ,常用的烘烤溫度為 150300 ，保溫224 ho具體的處理溫度和 時(shí)間應(yīng)根據(jù)零件大小、強(qiáng)度、鍍層性質(zhì)和電鍍時(shí) 間的長短而定。去氫處理常在烘箱內(nèi)進(jìn)行。鍍鋅 零件的去氫處理溫度為 110220 ，(溫度控制 的高低應(yīng)根椐基體材料而定。對(duì)于彈性材料、0.5 mm以下的薄壁件及機(jī)械強(qiáng)度要求較高的鋼鐵 零件，鍍鋅后必須進(jìn)行去氫處理。為了防止鎘脆 ,鍍鎘零件的去氫處理溫度不能太高,通

7、常為180 200 Co 三、應(yīng)注意的問題材料強(qiáng)度越大 ,其氫脆敏感性也越大 ,這是表面處 理技術(shù)人員在編制電鍍工藝規(guī)范時(shí)必須明確的 基本概念。國際標(biāo)準(zhǔn)要求抗拉強(qiáng)度 (rb105 kg /mm 2的鋼材，要進(jìn)行相應(yīng)的鍍前去應(yīng)力和鍍 后去氫處理。法國航空工業(yè)對(duì)屈服強(qiáng)度us90kg/mm 2的鋼件就要求作相應(yīng)去氫處理。 由于鋼材強(qiáng)度與硬度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ，因此 ，用 材料硬度來判斷材料氫脆敏感比用強(qiáng)度來判斷 更為直觀、 方便。因?yàn)橐环萃晟频漠a(chǎn)品圖和機(jī)加 工工藝都應(yīng)標(biāo)注鋼材硬度。 在電鍍中我們發(fā)現(xiàn)鋼 的硬度在HRC 38左右時(shí)開始呈現(xiàn)氫脆斷裂的 危險(xiǎn)。對(duì)高于HRC 43的零件，鍍后應(yīng)考慮去氫 處理

8、。硬度為HRC 60左右時(shí)，在表面處理之后 必須立即進(jìn)行去氫處理 ，否則在幾小時(shí)之內(nèi)鋼件 會(huì)開裂。除了鋼材硬度外 ，還應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)： (1)零件的使用安全系數(shù) :安全重要性大的零件 ，應(yīng) 加強(qiáng)去氫 ;(2)零件的幾何形狀 :帶有容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺口，小R等的零件應(yīng)加強(qiáng)去氫；(3)零件的 截面積 :細(xì)小的彈簧鋼絲、較薄的片簧極易被氫飽 和，應(yīng)加強(qiáng)去氫 ；(4)零件的滲氫程度 :在表面處理 中產(chǎn)生氫多、處理時(shí)間長的零件 ，應(yīng)加強(qiáng)去氫 ；(5) 鍍層種類 :如鍍鎘層會(huì)嚴(yán)重阻擋氫向外擴(kuò)散，所以要加強(qiáng)去氫 ；(6)零件使用中的受力性質(zhì) :當(dāng)零件受 到高的張應(yīng)力時(shí)應(yīng)加強(qiáng)去氫 ，只受壓應(yīng)力時(shí)不會(huì) 產(chǎn)生氫脆 ；(7)零件的表面加工狀態(tài) :對(duì)冷彎、拉伸、 冷扎彎形、淬火、焊接等內(nèi)部殘留應(yīng)力大的零件 ， 不僅鍍后要加強(qiáng)去氫 ，而且鍍前要去應(yīng)力 ；(8)零件 的歷史情況 :對(duì)過去生產(chǎn)中發(fā)生過氫脆的零件應(yīng) 特別加以注意 ，并作好相關(guān)記錄。在電鍍過程中 ，零部件滲氫的現(xiàn)象是非常普遍的 ，