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氢脆
✍ dations ◷ 2025-06-28 18:21:33 #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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