金屬氫脆原因及去氫脆方法
在任何電鍍溶液中，由于水分子的離解，總或多或少地存在一定數量的氫離子。因此，電鍍過(guò)程中，在陰極析出金屬（主反應）的同時(shí)，伴有氫氣的析出（副反應）。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重的質(zhì)量隱患之一，析氫嚴重的零件在使用過(guò)程中就可能斷裂，造成嚴重的事故。表面處理技術(shù)人員必須掌握避免和消除氫脆的技術(shù)，以使氫脆的影響降低到最低限度。
一、氫脆
1 氫脆現象
氫脆通常表現為應力作用下的延遲斷裂現象。曾經(jīng)出現過(guò)汽車(chē)彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝配之后數小時(shí)內陸續發(fā)生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種產(chǎn)品鍍鎘件在使用過(guò)程中曾出現過(guò)批量裂紋斷裂，曾組織過(guò)全國性攻關(guān)，制訂嚴格的去氫工藝。另外，有一些氫脆并不表現為延遲斷裂現象，例如：電鍍掛具（鋼絲、銅絲）由于經(jīng)多次電鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經(jīng)常出現一折便發(fā)生脆斷的現象；獵槍精鍛用的芯棒，經(jīng)多次鍍鉻之后，墮地斷裂；有的淬火零件（內應力大）在酸洗時(shí)便產(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無(wú)需外加應力就產(chǎn)生裂紋，再也無(wú)法用去氫來(lái)恢復原有的韌性。
2 氫脆機理
延遲斷裂現象的產(chǎn)生是由于零件內部的氫向應力集中的部位擴散聚集，應力集中部位的金屬缺陷多（原子點(diǎn)陣錯位、空穴等）。氫擴散到這些缺陷處，氫原子變成氫分子，產(chǎn)生巨大的壓力，這個(gè)壓力與材料內部的殘留應力及材料受的外加應力，組成一個(gè)合力，當這合力超過(guò)材料的屈服強度，就會(huì )導致斷裂發(fā)生。氫脆既然與氫原子的擴散有關(guān)，擴散是需要時(shí)間的，擴散的速度與濃差梯度、溫度和材料種類(lèi)有關(guān)。因此，氫脆通常表現為延遲斷裂。
氫原子具有最小的原子半徑，容易在鋼、銅等金屬中擴散，而在鎘、錫、鋅及其合金中氫的擴散比較困難。鍍鎘層是最難擴散的，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，很難向外擴散，去氫特別困難。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，氫擴散到金屬內部，特別是進(jìn)入金屬內部缺陷處的氫，就很難擴散出來(lái)。常溫下氫的擴散速度相當緩慢，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(yáng)極；在電鍍時(shí)，堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。
2.采用低氫擴散性和低氫溶解度的鍍涂層
一般認為，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散性和低氫溶解度，滲氫較少。在滿(mǎn)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，如達克羅涂覆層可以代替鍍鋅，不會(huì )發(fā)生氫脆，耐蝕性提高7～10倍，附著(zhù)力好，膜厚6～8um,相當于較薄的鍍鋅層，不影響裝配。
3.鍍前去應力和鍍后去氫以消除氫脆隱患
若零件經(jīng)淬火、焊接等工序后內部殘留應力較大，鍍前應進(jìn)行回火處理，減少發(fā)生嚴重滲氫的隱患。
對電鍍過(guò)程中滲氫較多的零件原則上應盡快去氫，因為鍍層中的氫和表層基體金屬中的氫在向鋼基體內部擴散，其數量隨時(shí)間的延長(cháng)而增加。新的國際標準草案規定“最好在鍍后1h內，但不遲于3h,進(jìn)行去氫處理”。國內也有相應的標準，對電鍍鋅前、后的去氫處理作了規定。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150～300℃，保溫2～24h。具體的處理溫度和時(shí)間應根據零件大小、強度、鍍層性質(zhì)和電鍍時(shí)間的長(cháng)短而定。去氫處理常在烘箱內進(jìn)行。鍍鋅零件的去氫處理溫度為110～220℃，溫度控制的高低應根椐基體材料而定。對于彈性材料、0.5mm以下的薄壁件及機械強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，通常為180～200℃。
三、應注意的問(wèn)題
材料強度越大，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范時(shí)必須明確的基本概念。國際標準要求抗拉強度σｂ>105kg/mm2的鋼材，要進(jìn)行相應的鍍前去應力和鍍后去氫處理。法國航空工業(yè)對屈服強度σｓ>90kg/mm2的鋼件就要求作相應去氫處理。
由于鋼材強度與硬度有很好的對應關(guān)系，因此，用材料硬度來(lái)判斷材料氫脆敏感比用強度來(lái)判斷更為直觀(guān)、方便。因為一份完善的產(chǎn)品圖和機加工工藝都應標注鋼材硬度。在電鍍中我們發(fā)現鋼的硬度在HRC38左右時(shí)開(kāi)始呈現氫脆斷裂的危險。對高于HRC43的零件，鍍后應考慮去氫處理。硬度為HRC60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)之內鋼件會(huì )開(kāi)裂。
除了鋼材硬度外，還應綜合考慮以下幾點(diǎn)：
①零件的使用安全系數：安全重要性大的零件，應加強去氫；
②零件的幾何形狀：帶有容易產(chǎn)生應力集中的缺口，小R等的零件應加強去氫；
③零件的截面積：細小的彈簧鋼絲、較薄的片簧極易被氫飽和，應加強去氫；
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(cháng)的零件，應加強去氫；
⑤鍍層種類(lèi)：如鍍鎘層會(huì )嚴重阻擋氫向外擴散，所以要加強去氫；
⑥零件使用中的受力性質(zhì)：當零件受到高的張應力時(shí)應加強去氫，只受壓應力時(shí)不會(huì )產(chǎn)生氫脆；
⑦零件的表面加工狀態(tài)：對冷彎、拉伸、冷扎彎形、淬火、焊接等內部殘留應力大的零件，不僅鍍后要加強去氫，而且鍍前要去應力；
⑧零件的歷史情況：對過(guò)去生產(chǎn)中發(fā)生過(guò)氫脆的零件應特別加以注意，并作好相關(guān)記錄。
去氫脆
主要原因是電鍍工藝中導致的金屬“氫化”現象導致的，而你用的不合格品呢并不是電鍍工藝本身有問(wèn)題，因為電鍍（真空鍍除外）本來(lái)就會(huì )造成金屬氫化，但是目前有許多金屬表面處理商都去掉了最后一個(gè)工藝（特別是對于彈性元件很致命的）：那就是“去氫處理”工藝，也就是說(shuō)正常情況下，對于有強度要求的金屬零件需要完成去氫后才能交給用戶(hù)的，但是為了節省生產(chǎn)成本，而用戶(hù)又不懂的情況下或者從來(lái)沒(méi)有要求過(guò)、驗收過(guò)的情況下，省略這一工藝可以節省5~15%的成本呢。所以你感覺(jué)到電鍍后的螺栓、彈墊等零件在電鍍處理后“變脆”了。
一般地說(shuō)：對于有強度要求的金屬零件的去氫處理要求是：120度~220度高溫保持1~2小時(shí)（電鍍結束后），具體情況需要按照零件要求來(lái)控制。