在任何電(diàn)鍍溶液中(zhōng)，由于水分(fēn)子的離解，總或多(duō)或少地存在一定數量的氫離子。因此，電(diàn)鍍過程中(zhōng)，在陰極析出金屬(主反應)的同時，伴有(yǒu)氫氣的析出(副反應)。析氫的影響是多(duō)方面的，其中(zhōng)最主要的是氫脆。氫脆是表面處理(lǐ)中(zhōng)最嚴重的質(zhì)量隐患之一，析氫嚴重的零件在使用(yòng)過程中(zhōng)就可(kě)能(néng)斷裂，造成嚴重的事故。表面處理(lǐ)技(jì )術人員必須掌握避免和消除氫脆的技(jì )術，以使氫脆的影響降低到最低限度。
氫脆到底是個啥？
1 氫脆現象
氫脆通常表現為(wèi)應力作(zuò)用(yòng)下的延遲斷裂現象。曾經出現過汽車(chē)彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝(zhuāng)配之後數小(xiǎo)時内陸續發生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種産(chǎn)品鍍镉件在使用(yòng)過程中(zhōng)曾出現過批量裂紋斷裂，曾組織過全國(guó)性攻關，制訂嚴格的去氫工(gōng)藝。另外，有(yǒu)一些氫脆并不表現為(wèi)延遲斷裂現象，例如：電(diàn)鍍挂具(jù)(鋼絲、銅絲)由于經多(duō)次電(diàn)鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用(yòng)中(zhōng)經常出現一折便發生脆斷的現象;獵槍精(jīng)鍛用(yòng)的芯棒，經多(duō)次鍍鉻之後，堕地斷裂;有(yǒu)的淬火零件(内應力大)在酸洗時便産(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無需外加應力就産(chǎn)生裂紋，再也無法用(yòng)去氫來恢複原有(yǒu)的韌性。
2 氫脆機理(lǐ)
延遲斷裂現象的産(chǎn)生是由于零件内部的氫向應力集中(zhōng)的部位擴散聚集，應力集中(zhōng)部位的金屬缺陷多(duō)(原子點陣錯位、空穴等)。氫擴散到這些缺陷處，氫原子變成氫分(fēn)子，産(chǎn)生巨大的壓力，這個壓力與材料内部的殘留應力及材料受的外加應力，組成一個合力，當這合力超過材料的屈服強度，就會導緻斷裂發生。氫脆既然與氫原子的擴散有(yǒu)關，擴散是需要時間的，擴散的速度與濃差梯度、溫度和材料種類有(yǒu)關。因此，氫脆通常表現為(wèi)延遲斷裂。
氫原子具(jù)有(yǒu)最小(xiǎo)的原子半徑，容易在鋼、銅等金屬中(zhōng)擴散，而在镉、錫、鋅及其合金中(zhōng)氫的擴散比較困難。鍍镉層是最難擴散的，鍍镉時産(chǎn)生的氫，最初停留在鍍層中(zhōng)和鍍層下的金屬表層，很(hěn)難向外擴散，去氫特别困難。經過一段時間後，氫擴散到金屬内部，特别是進入金屬内部缺陷處的氫，就很(hěn)難擴散出來。常溫下氫的擴散速度相當緩慢，所以需要即時加熱去氫。溫度升高，增加氫在鋼中(zhōng)的溶解度，過高的溫度會降低材料的硬度，所以鍍前去應力和鍍後去氫的溫度選擇，必須考慮不緻于降低材料硬度，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(néng)。
如何避免和消除氫脆
1.減少金屬中(zhōng)滲氫的數量
在除鏽和氧化皮時，盡量采用(yòng)吹砂除鏽，若采用(yòng)酸洗，需在酸洗液中(zhōng)添加若丁等緩蝕劑;在除油時，采用(yòng)化學(xué)除油、清洗劑或溶劑除油，滲氫量較少，若采用(yòng)電(diàn)化學(xué)除油，先陰極後陽極;在電(diàn)鍍時，堿性鍍液或高電(diàn)流效率的鍍液滲氫量較少。
2.采用(yòng)低氫擴散性和低氫溶解度的鍍塗層
一般認為(wèi)，在電(diàn)鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲入鋼件的氫容易殘留下來，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具(jù)有(yǒu)低氫擴散性和低氫溶解度，滲氫較少。在滿足産(chǎn)品技(jì )術條件要求的情況下，可(kě)采用(yòng)不會造成滲氫的塗層，如達克羅塗覆層可(kě)以代替鍍鋅，不會發生氫脆，耐蝕性提高7～10倍，附着力好，膜厚6～8um,相當于較薄的鍍鋅層，不影響裝(zhuāng)配。
3.鍍前去應力和鍍後去氫以消除氫脆隐患
若零件經淬火、焊接等工(gōng)序後内部殘留應力較大，鍍前應進行回火處理(lǐ)，減少發生嚴重滲氫的隐患。
對電(diàn)鍍過程中(zhōng)滲氫較多(duō)的零件原則上應盡快去氫，因為(wèi)鍍層中(zhōng)的氫和表層基體(tǐ)金屬中(zhōng)的氫在向鋼基體(tǐ)内部擴散，其數量随時間的延長(cháng)而增加。新(xīn)的國(guó)際标準草(cǎo)案規定“最好在鍍後1h内，但不遲于3h,進行去氫處理(lǐ)”。國(guó)内也有(yǒu)相應的标準，對電(diàn)鍍鋅前、後的去氫處理(lǐ)作(zuò)了規定。電(diàn)鍍後去氫處理(lǐ)工(gōng)藝廣泛采用(yòng)加熱烘烤，常用(yòng)的烘烤溫度為(wèi)150～300℃，保溫2～24h。具(jù)體(tǐ)的處理(lǐ)溫度和時間應根據零件大小(xiǎo)、強度、鍍層性質(zhì)和電(diàn)鍍時間的長(cháng)短而定。去氫處理(lǐ)常在烘箱内進行。鍍鋅零件的去氫處理(lǐ)溫度為(wèi)110～220℃，溫度控制的高低應根椐基體(tǐ)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，鍍鋅後必須進行去氫處理(lǐ)。為(wèi)了防止“镉脆”，鍍镉零件的去氫處理(lǐ)溫度不能(néng)太高，通常為(wèi)180～200℃。
處理(lǐ)材料的關鍵要點
材料強度越大，其氫脆敏感性也越大，這是表面處理(lǐ)技(jì )術人員在編制電(diàn)鍍工(gōng)藝規範時必須明确的基本概念。國(guó)際标準要求抗拉強度σb>105kg/mm2的鋼材，要進行相應的鍍前去應力和鍍後去氫處理(lǐ)。法國(guó)航空工(gōng)業對屈服強度σs>90kg/mm2的鋼件就要求作(zuò)相應去氫處理(lǐ)。
由于鋼材強度與硬度有(yǒu)很(hěn)好的對應關系，因此，用(yòng)材料硬度來判斷材料氫脆敏感比用(yòng)強度來判斷更為(wèi)直觀、方便。因為(wèi)一份完善的産(chǎn)品圖和機加工(gōng)工(gōng)藝都應标注鋼材硬度。在電(diàn)鍍中(zhōng)我們發現鋼的硬度在HRC38左右時開始呈現氫脆斷裂的危險。對高于HRC43的零件，鍍後應考慮去氫處理(lǐ)。硬度為(wèi)HRC60左右時，在表面處理(lǐ)之後必須立即進行去氫處理(lǐ)，否則在幾小(xiǎo)時之内鋼件會開裂。
除了鋼材硬度外，還應綜合考慮以下幾點：
①零件的使用(yòng)安(ān)全系數：安(ān)全重要性大的零件，應加強去氫;
②零件的幾何形狀：帶有(yǒu)容易産(chǎn)生應力集中(zhōng)的缺口，小(xiǎo)R等的零件應加強去氫;
③零件的截面積：細小(xiǎo)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(lǐ)中(zhōng)産(chǎn)生氫多(duō)、處理(lǐ)時間長(cháng)的零件，應加強去氫;
⑤鍍層種類：如鍍镉層會嚴重阻擋氫向外擴散，所以要加強去氫;
⑥零件使用(yòng)中(zhōng)的受力性質(zhì)：當零件受到高的張應力時應加強去氫，隻受壓應力時不會産(chǎn)生氫脆;
⑦零件的表面加工(gōng)狀态：對冷彎、拉伸、冷紮彎形、淬火、焊接等内部殘留應力大的零件，不僅鍍後要加強去氫，而且鍍前要去應力;
⑧零件的曆史情況：對過去生産(chǎn)中(zhōng)發生過氫脆的零件應特别加以注意，并作(zuò)好相關記錄。
去掉氫脆可(kě)不可(kě)行
主要原因是電(diàn)鍍工(gōng)藝中(zhōng)導緻的金屬“氫化”現象導緻的，而你用(yòng)的不合格品呢(ne)并不是電(diàn)鍍工(gōng)藝本身有(yǒu)問題，因為(wèi)電(diàn)鍍(真空鍍除外)本來就會造成金屬氫化，但是目前有(yǒu)許多(duō)金屬表面處理(lǐ)商(shāng)都去掉了最後一個工(gōng)藝(特别是對于彈性元件很(hěn)緻命的)：那就是“去氫處理(lǐ)”工(gōng)藝，也就是說正常情況下，對于有(yǒu)強度要求的金屬零件需要完成去氫後才能(néng)交給用(yòng)戶的，但是為(wèi)了節省生産(chǎn)成本，而用(yòng)戶又(yòu)不懂的情況下或者從來沒有(yǒu)要求過、驗收過的情況下，省略這一工(gōng)藝可(kě)以節省5~15%的成本呢(ne)。所以你感覺到電(diàn)鍍後的螺栓、彈墊等零件在電(diàn)鍍處理(lǐ)後“變脆”了。
一般地說：對于有(yǒu)強度要求的金屬零件的去氫處理(lǐ)要求是：120度~220度高溫保持1~2小(xiǎo)時(電(diàn)鍍結束後)，具(jù)體(tǐ)情況需要按照零件要求來控制。
