氢脆

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:40:04 #氢脆

氢脆（英语：hydrogen embrittlement）是指金属材料在冶炼、加工、热处理、酸洗和电镀等过程中，或在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化，发生脆断的现象．人们不仅在普通的钢材中发现氢脆现象，在不锈钢、铝合金、钛合金、镍基合金和锆合金中也都有此现象．从机械性能上看，氢脆有以下表现：氢对金属材料的降伏强度和极限强度影响不大，但使延伸率是断面收缩率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值显著降低。在低于断裂强度拉伸应力的持续作用下，材料经过一段时期后会突然脆断。氢脆的机理学术界还有争议，但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因：在电镀体系中，被镀金属离子在阴极上得到电子，氢离子也同样会得到电子，生成原子态的氢，渗透到金属镀层内部，使镀层产生疏松，当搁置一段时间后，原子态的氢会结合生成氢气而体积膨胀，这样就导致镀层产生针孔、鼓泡甚至脱落等不良缺陷，如果渗透到基体还会导致整个构件的氢脆现象，特别是对于高强度钢，一旦渗氢容易导致构件的脆断。因此，电镀后（尤其是高强度的工件）要在一定的温度下热处理数小时，以驱除渗透到镀层下面或者基体金属中的氢。这种工艺叫做“除氢”或“驱氢”氢脆给人类利用金属带来了风险，因此研究氢脆的目的主要在于防止氢脆，由于氢脆的原因很多，而且人类的认识也不够透彻完整，所以现在还无法完全防止氢脆．目前防止氢脆的措施有以下几种：工件于电镀后一般都是采用热处理的方式把原子态的氢驱逐出，以防止氢脆现象。对于常用的镀锌构件，一般是在带风机的烘箱中，220℃恒温条件下保温2小时，这个工序一般是在钝化之前，这样不会造成由于驱氢而导致钝化层的破裂。不锈钢化学镀镍后经过400℃，1.5h的热处理，可以显著提高其硬度，降低脆性。Fe-Mn合金镀层经过100℃、150℃、200℃，1.5h的除氢处理后，拉伸结合强度分别提高了49.5%、75.5%和121.8%，可见，除氢处理对于提高镀层的性能具有重要作用。由上可见，除氢处理通常是选择一个最佳的温度区间（一般是在200～300℃之间）和时间（一般是2～3h）进行热处理，但是针对不同的镀层稍有差异，而且不同的处理温度和处理时间对镀层的性能也有一定的影响。因此，除氢要保证即能有效的驱除渗透到镀层或者金属基体的原子态的氢，又不会导致镀层破裂。

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