氫脆與電鍍
1氫脆的基本定義氫脆(hydrogen embrittlement，HE) 又稱氫致開裂或氫損傷，是一種由于金屬材料中氫引起的材料塑性下降、開裂或損傷的現(xiàn)象。氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋。氫脆只可防，不可治。氫脆一經(jīng)產(chǎn)生，就消除不了。在材料的冶煉過(guò)程和零件的制造與裝配過(guò)程（如電鍍、焊接）中進(jìn)入鋼材內(nèi)部的微量氫(10的負(fù)6次方量級(jí))在內(nèi)部殘余的或外加的應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料脆化甚至開裂。在尚未出現(xiàn)開裂的情況下可以通過(guò)脫氫處理（例如加熱到200℃以上數(shù)小時(shí)，可使內(nèi)氫減少）恢復(fù)鋼材的性能。因此，內(nèi)氫脆是可逆的。
2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(guò)汽車彈簧、墊圈、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(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)批量裂紋斷裂，曾組織過(guò)全國(guó)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)嗔眩挥械拇慊鹆慵▋?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(wú)需外加應(yīng)力就產(chǎn)生裂紋，再也無(wú)法用去氫來(lái)恢復(fù)原有的韌性。
3氫脆的機(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)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(guò)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(guò)一段時(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(lái)。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(guò)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。
4
降低和消除氫脆的措施
4.1減少金屬中滲氫的數(shù)量，必須盡量減少高強(qiáng)度/高硬度鋼制緊固件的酸洗，因?yàn)樗嵯纯杉觿浯唷?/span>在除銹和氧化皮時(shí)，盡量采用噴砂拋丸的方法，若洛氏硬度等于或大于HRC 32的緊固件進(jìn)行酸洗時(shí)，必須在制定酸洗工藝時(shí)確保零件在酸中浸泡的時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)10分鐘。并應(yīng)盡量降低酸液的濃度，并保證零件在酸中浸泡的時(shí)間不超過(guò)10分鐘；在除油時(shí)，采用清洗劑或溶劑除油等化學(xué)除油方式，滲氫量較少，若采用電化學(xué)除油，先陰極后陽(yáng)極，高強(qiáng)度零件不允許用陰極電解除油；在熱處理時(shí)，嚴(yán)格控制甲醇和丙烷的滴注量；在電鍍時(shí)，堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。
4.2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(lái)，而Cu、Mo、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)械鍍鋅或無(wú)鉻鋅鋁涂層，不會(huì)發(fā)生氫脆，耐蝕性高，附著力好，且比電鍍環(huán)保。
4.3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，回火消除應(yīng)力實(shí)際上可以減少零件內(nèi)的陷阱數(shù)量，從而減輕發(fā)生氫脆的隱患。
4.4控制鍍層厚度，由于鍍層覆蓋在緊固件表面，鍍層在一定程度上會(huì)起到氫擴(kuò)散屏障的作用，這將阻礙氫向緊固件外部的擴(kuò)散。當(dāng)鍍層厚度超過(guò)2.5μm時(shí)，氫從緊固件中擴(kuò)散出去就非常困難了。因此硬度<32HRC的緊固件，鍍層厚度可以要求在12μm；硬度≥32HRC的高強(qiáng)度螺栓，鍍層厚度應(yīng)控制在8μm max。這就要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到高強(qiáng)度螺栓的氫脆風(fēng)險(xiǎn)，合理選擇鍍層種類和鍍層厚度。
5電鍍工件的除氫處理
出現(xiàn)氫脆的工件通過(guò)除氫處理（如加熱等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。對(duì)于普通鍍鋅工件的除氫處理，一般都在200～240度的溫度下，加熱2～4小時(shí)可將大部分氫去除。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織為鍍前消除應(yīng)力和鍍后去氫處理制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)，下面列出僅供參考。
6鍍鋅低氫脆的替代選擇
對(duì)于目前一些電鍍廠客戶面臨的鍍鋅工件的氫脆問(wèn)題困惑和苦惱，使用華友表面處理材料有限公司的堿性鋅鎳合金電鍍工藝將是一個(gè)非常完美的解決方案！
