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• 发布时间：2025-06-10
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【概要描述】在金属材料制造行业应用中，氢脆现象一直是一个不容忽视的问题。它如同一颗 “定时炸弹”，可能在不经意间引发安全事故，今天我们就展开这个话题，深入探索一下吧！ 一、氢脆现象 氢脆在金属材料中的表现形式多样，其中典型的便是应力作用下的延迟断裂。以镀锌件为例，弹簧、垫圈、螺钉和片簧等部件，在完成装配后的短短数小时内，便接连出现断裂情况。这些断裂并非瞬间发生，而是氢原子在应力集中处逐渐聚集、扩散，经过一定时间积累后才引发的破坏。​ 除延迟断裂外，氢脆还存在非延迟断裂的表现形式。在电镀加工领域，像钢丝、铜丝这类电镀挂具，因长期反复经历电镀与酸洗退镀工序，大量氢原子渗入其中。在实际使用时，这些挂具稍一弯折便脆断，毫无韧性可言。而一些经过淬火处理、内部应力较大的零件，在酸洗过程中，酸与金属反应产生的氢原子迅速侵入，致使零件表面直接产生裂纹。这类零件因氢含量过高，即便后续进行去氢处理，也无法恢复其原本的韧性。 二、氢脆形成机理​ 在金属材料的微观世界里，应力集中部位就如同布满 “陷阱” 的区域，原子点阵错位、空穴等缺陷星罗棋布。氢原子凭借其极小的半径，“钻空子” 扩散到这些缺陷处后，会两两结合变成氢分子，如同一个个不断膨胀的微型气球，在金属内部产生巨大压力。这股压力与材料自身残留的内应力，以及外部施加的应力 ，形成一股强大的合力，一旦突破材料的屈服强度，瞬间发生断裂。   由于氢原子的扩散需要时间，因此氢脆通常表现为延迟断裂。​ 氢原子具有最小的原子半径，容易在钢、铜等金属中扩散，而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。 镀镉层是难扩散的，镀镉时产生的氢，起初停留在镀层中和镀层下的金属表层，很难向外扩散，经过一段时间后，氢扩散到金属内部，特别是进入金属内部缺陷处的氢，就很难扩散出来。 常温下氢的扩散速度也相当缓慢，所以需要及时加热去氢。但温度升高，虽会增加氢在钢中的溶解度，却可能降低材料的硬度，所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择，必须综合考量。 三、影响氢脆的因素​ （一）材料本身特性​ 材料强度越大，其氢脆敏感性也越大。这是因为高强度材料内部的原子结合更为紧密，缺陷处的应力集中效应更为显著，氢原子更容易在这些部位聚集并引发脆化。 （二）氢的来源与渗入途径​ 冶炼过程：在金属的冶炼过程中，如果原材料中含有水分或其他含氢杂质，在高温下氢会溶解到金属液中，冷却后氢就会残留在金属内部。​ 加工过程：酸洗、电镀、焊接等加工工艺都可能导致氢渗入金属。如在酸洗过程中，酸与金属发生反应产生氢气，部分氢原子会趁机进入金属晶格。​ 使用环境：当金属处于含氢的环境中，如在石油化工行业中，许多介质含有氢或硫化氢，氢会逐渐扩散进入金属内部，增加氢脆的风险。 四、应对氢脆的有效策略​ （一）减少金属中渗氢的数量​ 在去除锈迹与氧化皮时，应尽量运用喷砂除锈法。倘若采用酸洗，则需于酸洗液里添加若丁之类的缓蚀剂，从而抑制氢的产生与渗入。​ 在除油时，优先采用化学除油、清洗剂或溶剂除油，渗氢量较少。若采用电化学除油，应先阴极后阳极，减少氢的吸附。​​ （二）采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层​ 在金属电镀工艺中，铬（Cr）、锌（Zn）、镉（Cd）、镍（Ni）、锡（Sn）、铅（Pb）等元素的镀层在电镀过程中，氢原子极易残留在钢件内部。究其原因，这些金属镀层的结构与特性，使其难以逸出。与之形成鲜明对比的是，铜（Cu）、钼（Mo）、铝（Al）、银（Ag）、金（Au）、钨（W）等金属制成的镀层，氢在其中的扩散性和溶解度都很低，因此电镀时渗入钢件的氢量微乎其微。所以，当产品技术条件允许时，选择铜、钼、铝等不易引发渗氢问题的金属作为镀层，能大大降低氢脆隐患 。  （三）镀前去应力和镀后去氢​ 若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大，镀前应进行回火处理，减少发生严重渗氢的隐患。对于电镀时渗氢较多的零件，原则上需尽快进行去氢处理。新的国际标准草案规定 “在镀后 1h 内，但不迟于 3h，进行去氢处理”。 电镀后的去氢处理工艺通常采用加热烘烤法，其常用烘烤温度处于150 - 300℃之间，保温时长为2~24小时。对于弹性材料、壁厚在0.5mm以下的薄壁件以及对机械强度要求较高的钢铁零件而言，镀锌之后务必进行去氢处理。 在金属材料制造的征程中，从材料选择到加工工艺优化，从前期预防到后期处理，每一个环节的都需把控，为金属材料筑起抵御氢脆的坚固防线。