氢脆问题

---

作者：王玫琦

单位：哈尔滨量具刃具集团有限责任公司电镀厂

来源：《金属加工（热加工）》杂志

应力易使钢铁零件产生裂纹，氢气也能使铬后工件产生氢脆，所以，铬前除应力与铬后除氢十分关键。

1.铬前除应力

金属工件的表状况，对电镀和其他表面处理的质量是密切相关的。金属工件要得到合乎质量要求的表面覆盖层，一定要对它进行认真的表面准备工作，这是保证整个工艺过程获得良好的必要条件。镀前处理工序，主要是除应力、除油、浸蚀，但是其中以除应力尤为重要。钢铁零件镀前除应力与零件表面处理的质量是密切相关的，它既保证金属镀层具有夹带、光滑的良好外观及镀层与基体金属的牢固结合，又是保证整个工艺过程获得良好效果的必要条件。但是达到最佳的效果，还要在生产实践中经过反复的科学试验和论证，才能在实际生活中达到实用性、有效性。

以我们哈量集团生产的卡尺150测尺电镀前后的实际情况为例，要经过电镀的金属工件在成形或使用时，由于受模具、型腔装配关系的限制，当其凝固受到限制外力作用或热胀冷缩时，其变形不能有效形成内应力。钢铁材料在冶炼、锻造成测尺的同时，金属材料的内部组织变形，使其内部组织的金属晶格点歪扭，由此产生很大的内应力，使金属材料的韧性下降而变脆。

内应力是构件内部两相邻部分之间的相互作用力，构件在受外力之前，内部各两相邻质点之间，已经存在相互作用的内应力，使各质点之间保持一定的相对位置，以保持构件固有的形状。构件受到外力作用后产生变形，即构件内部各质点之间的相对位置发生变化，造成各相邻质点之间相互作用的内力发生变化，这种内力随着外力增加而增加，当达到某种程度就会造成构件的破坏，给工件造成隐患，使工件的力学性能受到很大削弱。严重时，即使不受外力作用，其物体本身各质点之间依然存在着相互作用的内应力，在受热、受压等情况下，其内部组织的晶格点发生改变，极易造成零件断裂，以致不能使用。

如果零件铬前不除应力，那么它内部存在的应力极其容易使铬层产生裂纹，甚至爆皮。以卡尺的尖角和钻孔尤为严重，所以，工件在镀前消除应力是是非常重要的一序。除应力的最佳温度通过我厂对100件卡尺150测尺的试验得出如表1数据。

表1  应力温度造成裂纹的情况

次数	件数	温度/ºC	裂纹数	合格数
1	100	220	10	90
2	100	230	7	93
3	100	235	4	98
4	100	240	0	100
5	100	245	2	99
6	100	250	5	95

通过上述试验可以得出如下结论：温度在（40±5）℃效果最佳，且保温时间越长消除应力的效果越好。经我们反复试验，保温时间不得小于３h。

2.铬后除氢

金属工件在电镀时，电解液中水分子发生电离，生成一定量的氢离子，在一定条件下，这些氢离子中的一部分在阴极上得到电子，还原成氢气，与金属同时在阴极上析出或附着在阴极表面上。另一部分则以原子状态进入镀层或基体金属晶格点内，会造成基体金属的镀层质量上的弊病，当原子氢入镀层和基体金属的晶格内，造成晶格歪扭、变形，由此产生了很大的内应力，使镀层和基体金属的韧性下降而变脆，这就是人们常说的氢脆、起泡和针孔。

氢脆有时会使工件脆裂或造成脱落，但在大多数情况下，氢脆在工件外表面上并不显形，而给工件造成隐患，使工件的力学性能受到很大削弱，严重时，往往造成工件断裂，以致不能使用。

不同金属的吸氢程度不相同，最大的是铬镀层，吸氢量约为镀层重量的0.45%。其次是铁族金属，吸氢量约为镀层重量的0.1%，锌的吸氢程度较小, 吸氢量约为镀层重量的0.001%～0.01%，其他金属的吸氢程度更小，甚至没有。

不同金属材料对氢脆的敏感是不同的，高强度钢及弹性工件对氢脆最为敏感。因此，这些工件必须在镀后进行驱氢处理。处理方法一般采用热处理方法，即在烤箱或油槽中保持一定的温度和时间，将氢从工件内驱出。

以我厂150测尺为例（100件），进行除氢试验，得出表2数据。

表2  除氢温度造成裂纹情况

次数	件数	温度/℃	氢脆数	合格数
1	100	185	20	80
2	100	190	18	88
3	100	195	4	96
4	100	200	1	99
5	100	205	2	98
6	100	210	10	90

通过试验，金属工件通过除氢处理后，不但防止了工件因氢脆引起的裂纹、断裂、起泡和针孔等现象，同时也将工件进行了干燥处理，防止镀层腐蚀产生水迹，产生了一举两得的效果。

由此我们可以得出以下结论：驱氢效果与处理的温度和时间有关。在保证镀层不氧化变色的情况下，温度愈高，时间愈长，则驱氢越彻底。操作条件可以金属工件的材料和镀层的材料决定，一般温度控制在180~200℃内，时间控制在2～４h内。对不能加热到180~200℃的焊锡件和渗碳工件，可用较低的驱氢温度140~160℃，但时间必须适当延长。对铜及其铜合金工件可以不进行驱氢处理。但对我厂Ｔ10Ａ的150测尺来说，温度在（200±5）℃时，保温２h，效果最佳。