氢脆小论文

上海大学2011-2012学年秋季学期研究生课程考试

小论文

课程名称：材料腐蚀与防护课程编号：102004709

论文题目:电镀过程的氢脆的产生极其控制

研究生姓名: 魏敏学号: 11721590论文评语:

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电镀过程的氢脆产生极其控制

魏敏11721590

(上海大学材料科学与工程学院，上海200072)

摘要：本文主要介绍了氢脆的概念、氢在材料中的存在形式、氢脆机理及产生氢脆的条件。分析了电镀过程中（镀前处理、电镀工艺及镀后处理）对氢脆的影响，以及在电镀过程中的避免和预防氢脆的一些措施。

关键词：氢脆；电镀；防护

Hydrogen embrittlement production and its control during

electroplating

Weimin

（School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072 ）

Abstract:the hydrogen embrittlement concept, the hydrogen in material existence form, the hydrogen embrittlement mechanism and production condition were introduced in the paper. The effects of pretreatment，electroplating process and post-treatment on hydrogen embrittlement were analyzed. And some methods about how to avoid and prevent hydrogen embrittlement were given.

Key words: hydrogen embrittlement; electroplating; protection

1引言

氢脆是一种由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属材料在低于材料屈服强度的静应力作用下发生延迟断裂的现象[1-2]。早在100多年前，Jonsons就阐明了钢的氢脆现象[3]。氢脆问题更引起了世界各国国防工业部门的注意，同时也一直困扰着我国航空、航天工业的发展。高速度、大体积是现代飞行器发展的必然趋势，尤其是在2007年我国确立了大飞机项目计划之后，这一目标更加明确。因此，对选用材料的强度／质量比要求更高，尤其对某些重要零部件，如飞机的起落架等，大都选用高强度钢制造。高强度钢的选用减轻了飞机的重量，但强度增大使得材料韧性降低，随之而来的是对缺口、氢脆及应力腐蚀问题更加敏感。据统计，国产军用飞机的紧固件70％以上都是采用铬锰硅钢系合金钢。该合金钢强度高、物理性能也较好，但抗氢脆性能较差[4]，表面处理后极易出现氢脆失效的问题。材料的吸氢与表面防护处理时的化学、电化学过程直接相关。因此，对于高强度钢，在满足其表面防护的同时必须考虑氢脆问题。

在早期电镀资料中，人们把预防氢脆的重点放在镀后除氢上，而所采用的除氢方法又很简单，因而不能有效地防止氢脆断裂事故的发生。但是在国外近期电镀文献中。情况已有很大改变，采取的措施不仅有极为严格的镀后除氢制度，，而且对零件材料的选择、电镀前的消除应力、电镀过程中的防渗氢，甚至零件使用期间的防“后脆，都有严格的控制方法。实际上防氢脆问题已形成以电镀为主，并具有各种前置后置措施的系统工程技术。目前虽不能说问题已全部解决，但已经有了完整而严密的对策，只要我们一丝不苟地严格执行有关工艺制度，那么由氢所诱发的灾难性脆断事故使可以减至最低程度。

2 氢脆

2.1 氢脆现象

氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉等镀锌件，在装配之后数小时内陆续发生断裂，断裂比例达4O％～ 50％。某些产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂，曾组织过全国性攻关，制订严格的去氢工艺。另外，有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象，例如：电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀，渗氢较严重，在使用中经常出现一

折便发生脆断的现象；猎枪精锻用的芯棒，经多次镀铬之后，堕地断裂；有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。这些零件渗氢严重，无需外加应力就产生裂纹，再也无法用去氢来恢复原有的韧性。

2.2 氢脆产生条件

产生氢脆的必备的三个基本条件[5]：

1 氢的渗入

必须氢渗入金属材料基体才能导致氢脆。渗入金属材料中的氢有一下三个来源：钢在冶炼、焊接及热处理过程中渗入的氢：在电镀、酸洗及放氢型腐蚀环境下渗入的氢；：在是呀环境下渗入的氢（如将金属材料至于高温氢气气氛中）。

2 发生氢脆实效的材料具有氢脆敏感组织

金属材料的组织不同，它的氢脆敏感性不同，当材料具有氢脆敏感性大得组织时，才会发生氢脆。在各种不同的显微组织中，对氢脆敏感性从大到小的一般顺序为马氏体、上贝氏体、（粗大贝氏体）、下贝氏体（细贝氏体）、索氏体、珠光体、奥氏体、

3 存在应力作用

氢脆的作用者是金属材料中得氢。这些氢在浓度梯度的作用下扩散而占据晶体点阵中的空隙、晶界、空穴、位错、沉淀相及夹杂物与基体的界面、气孔等缺陷。在应力的作用下，由于氢与局部应力场交互作用，会产生缺口根部，微裂纹尖端等应力集中扩散区域，形成氢的高度偏集，并在这些部位产生氢脆断裂。2.3 氢存在形式[6]

1 固溶氢:以间隙原子(或离子)的形式固溶于钢的晶体点阵中的氢称为固溶氢。这种氢的话动能力稂强，氢的扩散，偏聚，以致引起白点，发纹和氢脆主要都是经由固溶氢的活动来达到的。

2 捕集氢:被钢中的位错、相界面、晶面、亚晶面及其他点阵缺陷(统称为氢陷阱)所捕集而不能自由扩散的氢原子称为捕集氢。捕集氢在低温下仍有部分扩散能力，具体情况取决于氢陷阱的性质。在温度较高时，捕集氢将挣脱“阱”的束缚，重新变为固溶氢。

3 分子氢:分子氢是由原子氢相互结合而成的。它们主要存在于钢中的孔洞、疏松、界面等处。在400度以下无扩散能力，在400度以上将分解为原子氢重新获得