除氫和鈍化處理 04

1、除氫處理除氫處理，也稱去氫處理，一般對電鍍前后必須進行工序，特別是對高強度高硬度的零件在電鍍工藝中。基本信息· 中文名稱除氫處理· 目    的降低氫脆的影響降低到最低限度 氫脆的原理與預防零件鍍鋅過程中，除鋅的電沉積外，往往伴隨有氫離子還原析氫的副反應。氫還原一部分變成氣體逸出，還有一部分以氫的原子形態(tài)滲入到鍍層和基體金屬晶格的點陣中去，造成晶格歪扭，零件內(nèi)應力增加，鍍層和基體變脆，人們稱之為氫脆。氫脆對材料的力學性能危害很大，如不除去，會影響零件的壽命，甚至造成機器的破壞事故。因此某些鋼材或用于特殊條件下的零件，必須進行

2、除氫處理，例如飛機上使用的鍍鋅件都要經(jīng)過除氫處理。彈性零件和高強度鋼上鍍鋅也需要進行除氫。除氫采用加熱處理法將氫從零件內(nèi)部趕出去。除氫效果與除氫溫度、保溫時間有關。溫度高，時間長除氫越徹底。但加熱溫度不能太高，超過250鋅結(jié)晶組織變形、發(fā)脆，耐蝕性明顯下降。一般用l90230，2h3h。滲碳件和錫焊件除氫溫度是140l60，保溫3h。在任何電鍍?nèi)芤褐?由于水分子的離解,總或多或少地存在一定數(shù)量的氫離子。因此,電鍍過程中,在陰極析出金屬(主反應)的同時,伴有氫氣的析出(副反應)。析氫的影響是多方面的,其中最主要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴重的質(zhì)量隱患之一,析氫嚴重的零件在使用過程中就可能斷裂,

3、造成嚴重的事故。表面處理技術人員必須掌握避免和消除氫脆的技術,氫脆的影響降低到最低限度。氫脆氫脆通常表現(xiàn)為應力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。曾經(jīng)出現(xiàn)過汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件,在裝配之后數(shù)小時內(nèi)陸續(xù)發(fā)生斷裂,斷裂比例達40%50%。某特種產(chǎn)品鍍鎘件在使用過程中曾出現(xiàn)過批量裂紋斷裂,曾組織過全國性攻關,制訂嚴格的去氫工藝。另外,有一些氫脆并不表現(xiàn)為延遲斷裂現(xiàn)象,例如:電鍍掛具(鋼絲、銅絲)由于經(jīng)多次電鍍和酸洗退鍍,滲氫較嚴重,在使用中經(jīng)常出現(xiàn)一折便發(fā)生脆斷的現(xiàn)象;獵槍精鍛用的芯棒,經(jīng)多次鍍鉻之后,墮地斷裂;有的淬火零件(內(nèi)應力大)在酸洗時便產(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴重,無需外加應力就產(chǎn)生裂紋,再

4、也無法用去氫來恢復原有的韌性。氫脆機理延遲斷裂現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于零件內(nèi)部的氫向應力集中的部位擴散聚集,應力集中部位的金屬缺陷多(原子點陣錯位、空穴等)。氫擴散到這些缺陷處,氫原子變成氫分子,產(chǎn)生巨大的壓力,這個壓力與材料內(nèi)部的殘留應力及材料受的外加應力,組成一個合力,當這合力超過材料的屈服強度,就會導致斷裂發(fā)生。氫脆既然與氫原子的擴散有關,擴散是需要時間的,擴散的速度與濃差梯度、溫度和材料種類有關。因此,氫脆通常表現(xiàn)為延遲斷裂。氫原子具有最小的原子半徑,容易在鋼、銅等金屬中擴散,而在鎘、錫、鋅及其合金中氫的擴散比較困難。鍍鎘層是最難擴散的,鍍鎘時產(chǎn)生的氫,最初停留在鍍層中和鍍層下的金屬表層,很難

5、向外擴散,去氫特別困難。經(jīng)過一段時間后,氫擴散到金屬內(nèi)部,特別是進入金屬內(nèi)部缺陷處的氫,就很難擴散出來。常溫下氫的擴散速度相當緩慢,所以需要即時加熱去氫。溫度升高,增加氫在鋼中的溶解度,過高的溫度會降低材料的硬度,所以鍍前去應力和鍍后去氫的溫度選擇,必須考慮不致于降低材料硬度,不得處于某些鋼材的脆性回火溫度,不破壞鍍層本身的性能。避免和消除的措施1 減少金屬中滲氫的數(shù)量在除銹和氧化皮時,盡量采用吹砂除銹,若采用酸洗,需在酸洗液中添加若丁等緩蝕劑;在除油時,采用化學除油、清洗劑或溶劑除油,滲氫量較少,若采用電化學除油,先陰極后陽極;在電鍍時,堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。2 采用低氫擴散

6、性和低氫溶解度的鍍涂層一般認為,在電鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時,滲入鋼件的氫容易殘留下來,而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具有低氫擴散性和低氫溶解度,滲氫較少。在滿足產(chǎn)品技術條件要求的情況下,可采用不會造成滲氫的涂層,如機械鍍鋅可以,不會發(fā)生氫脆,耐蝕性高,附著力好,厚5100m，成本低。3 鍍前去應力和鍍后去氫以消除氫脆隱患若零件經(jīng)淬火、焊接等工序后內(nèi)部殘留應力較大,鍍前應進行回火處理,減少發(fā)生嚴重滲氫的隱患。對電鍍過程中滲氫較多的零件原則上應盡快去氫,因為鍍層中的氫和表層基體金屬中的氫在向鋼基體內(nèi)部擴散,其數(shù)量隨時間的延長而增加。新的國際標準草案規(guī)定"最好

7、在鍍后1h內(nèi),但不遲于3h,進行去氫處理"。國內(nèi)也有相應的標準,對電鍍鋅前、后的去氫處理作了規(guī)定。電鍍后去氫處理工藝廣泛采用加熱烘烤,常用的烘烤溫度為150300°C,保溫224h。具體的處理溫度和時間應根據(jù)零件大小、強度、鍍層性質(zhì)和電鍍時間的長短而定。去氫處理常在烘箱內(nèi)進行。鍍鋅零件的去氫處理溫度為110220°C,溫度控制的高低應根椐基體材料而定。對于彈性材料、0.5mm以下的薄壁件及機械強度要求較高的鋼鐵零件,鍍鋅后必須進行去氫處理。為了防止"鎘脆",鍍鎘零件的去氫處理溫度不能太高,通常為180200°C。一般除氫方法將需除氫的

8、鍍件放在烘箱內(nèi)(最好放在真空爐內(nèi))，或在熱油中(適用于鍍硬鉻件)，在200250下處理23h。熱油中除氫能獲得與在烘箱中除氫具有同樣的效果，由于其受熱均勻，對鍍層還具有填充孔隙的作用，有利于提高鍍層的防護功能，對設備要求也更為簡單。(2)根據(jù)工件的使用要求提出除氫方法例如鍍硬鉻，在鍍硬鉻時由于電流效率過低，只有13%18%，大部分電流消耗在氫的析出上，氫頗易擴散到鍍層和基體金屬的晶格中，滲氫較為嚴重，從而引起疲勞強度的降低，影響動、靜負載強度，故在設計中應提出鍍鉻后除氫處理的要求(除氫是在200220下熱處理23h)。經(jīng)除氫處理之后可驅(qū)除滲入鍍層和基體中60%70%的氫，從而大大減輕了脆性而不

9、會降低其硬度。應注意的問題材料強度越大,其氫脆敏感性也越大,這是表面處理技術人員在編制電鍍工藝規(guī)范時必須明確的基本概念。國際標準要求抗拉強度b>105kg/mm2的鋼材,要進行相應的鍍前去應力和鍍后去氫處理。法國航空工業(yè)對屈服強度s>90kg/mm2的鋼件就要求作相應去氫處理。由于鋼材強度與硬度有很好的對應關系,因此,用材料硬度來判斷材料氫脆敏感比用強度來判斷更為直觀、方便。因為一份完善的產(chǎn)品圖和機加工工藝都應標注鋼材硬度。在電鍍中我們發(fā)現(xiàn)鋼的硬度在HRC38左右時開始呈現(xiàn)氫脆斷裂的危險。對高于HRC43的零件,鍍后應考慮去氫處理。硬度為HRC60左右時,在表面處理之后必須立即進行

10、去氫處理,否則在幾小時之內(nèi)鋼件會開裂。除了鋼材硬度外,還應綜合考慮以下幾點:(1)零件的使用安全系數(shù):安全重要性大的零件,應加強去氫;(2)零件的幾何形狀:帶有容易產(chǎn)生應力集中的缺口,小R等的零件應加強去氫;(3)零件的截面積:細小的彈簧鋼絲、較薄的片簧極易被氫飽和,應加強去氫;(4)零件的滲氫程度:在表面處理中產(chǎn)生氫多、處理時間長的零件,應加強去氫;(5)鍍層種類:如鍍鎘層會嚴重阻擋氫向外擴散,所以要加強去氫;(6)零件使用中的受力性質(zhì):當零件受到高的張應力時應加強去氫,只受壓應力時不會產(chǎn)生氫脆;(7)零件的表面加工狀態(tài):對冷彎、拉伸、冷扎彎形、淬火、焊接等內(nèi)部殘留應力大的零件,不僅鍍后要加

11、強去氫,而且鍍前要去應力;(8)零件的歷史情況:對過去生產(chǎn)中發(fā)生過氫脆的零件應特別加以注意,并作好相關記錄。在電鍍過程中,零部件滲氫的現(xiàn)象是非常普遍的,表面處理技術人員在編制鍍前去應力和鍍后去氫工藝時,不能照搬相關標準,應根據(jù)零件性質(zhì)和使用條件靈活制訂,否則會使生產(chǎn)成本大大增加,生產(chǎn)管理非常困難。鈍化處理 化學清洗中最后一個工藝步驟，是關鍵一步，其目的是為了材料的防腐蝕。如鍋爐經(jīng)酸洗、水沖洗、漂洗后，金屬表面很清潔，非常活化，很容易遭受腐蝕，所以必須立即進行鈍化處理，使清洗后的金屬表面生成保護膜，減緩腐蝕。技術原理金屬經(jīng)氧化性介質(zhì)處理后，其腐蝕速度比原來未處理前有顯著下降的現(xiàn)象稱金屬

12、的鈍化。其鈍化機理主要可用薄膜理論來解釋，即認為鈍化是由于金屬與氧化性介質(zhì)作用，作用時在金屬表面生成一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、能堅固地附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜成獨立相存在，通常是氧和金屬的化合物。它起著把金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開的作用，防止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸，從而使金屬基本停止溶解形成鈍態(tài)達到防止腐蝕的效果鈍化處理是化學清洗中最后一個工藝步驟，是關鍵一步，其目的是為了材料的防腐蝕。如鍋爐經(jīng)酸洗、水沖洗、漂洗后，金屬表面很清潔，非常活化，很容易遭受腐蝕，所以必須立即進行鈍化處理，使清洗后的金屬表面生成保護膜，減緩腐蝕。主要用途對不銹鋼全面酸洗鈍化處理，清除各類油污、銹、氧化皮

13、、焊斑等污垢，處理后表面變成均勻銀白色，大大提高不銹鋼抗腐蝕性能，適用于各種型號不銹鋼零件、板材及其設備。基本特點操作簡單，使用方便、經(jīng)濟實用，同時添加了高效緩蝕劑、抑霧劑，防止金屬出現(xiàn)過腐蝕和氫脆現(xiàn)象、抑制酸霧的產(chǎn)生。特別適用于小型復雜工件，不適合涂膏的情況，優(yōu)于市場同類產(chǎn)品。操作方法根據(jù)不銹鋼的材質(zhì)和氧化皮嚴重程度不同，可以用原液或按1:14的比例加水稀釋后使用;鐵素體、馬氏體和鎳含量低的奧氏體不銹鋼(如420、430、200、201、202、300、301等)稀釋后使用，鎳含量較高的奧氏體不銹鋼(如304、321、316、316L等)用原液浸泡;一般常溫或加熱到5060度后使用，浸泡3-

14、20分鐘或更長時間(具體時間和溫度用戶根據(jù)自己的試用情況確定)，至表面污垢完全清除，成均勻銀白色，形成均勻致密的鈍化處理膜為止，處理完成后取出，用清水沖洗干凈，最好再用堿水或石灰水沖洗中和。鈍化處理:用鉻酸鹽溶液與金屬作用在其表面生成三價或六價鉻化層的過程，稱為鈍化，亦名鉻化。多用于鋁、鎂及其合金的處理，對鋼鐵也能形成鉻化層，但很少單獨使用，常和磷化配套使用，以封閉磷化層的孔隙，使磷化層中裸露的鋼鐵鈍化，以抑制殘余磷化加速劑的腐蝕作用，進一步增加防護能力。鈍化時一般用重鉻酸鉀溶液(24克/升，有時也加入12克磷酸)，在80-90攝氏度浸嘖2-3分鐘取出,水洗即可在蝕刻不銹鋼工藝中，我們常常遇著

15、產(chǎn)品發(fā)黃，這里我們需要鈍化工藝來處理。1)一次鈍化液的成分及工作條件組成及條件 彩色鈍化 鈍化后要漂白 組成用條件 彩色鈍化 鈍化后要漂白液及溫度 的濃度及溫度 液及溫度 的濃度及溫度鉻酸 250300G/l 200250G/l 硫酸 1020ML/L 2430ML/L3040ML/L 1520ML/L 溫度 3040度 室溫2)二次印化溶液的組成及工作條件:氨三乙酸-氯化銨鋅如果采用二次鈍化工藝，鈍化膜色澤均勻，五彩鮮艷，膜層細致，膜與鍍鋅層結(jié)合力好，防腐蝕性也比一次鈍化好。二次鈍化液組成及條件 甲槽 乙槽鉻酐質(zhì)量濃度/g.l-1 170200 4050硫酸體積分數(shù)/ML。L-1 67 2硝

16、酸體積分數(shù)/ML。L-1 78 56硫酸亞鐵質(zhì)量濃度/G。L-1 810 67鋅粉質(zhì)量濃度/G。L-1 12 68溫度 室溫 室溫時間/S 2040 2030經(jīng)甲槽鈍化后不經(jīng)過清洗，直接投入乙槽，乙槽鈍化液有時還沖淡使用。注意事項折疊預處理酸洗鈍化的前處理不銹鋼工件酸洗鈍化前如有表面污物等，應通過機械清洗，然后除油脫脂。如果酸洗液與鈍化液不能去除油脂，表面存在油脂會影響酸洗鈍化的質(zhì)量，為此除油脫脂不能省略，可以采用堿液、乳化劑、有機溶劑與蒸汽等進行。折疊酸洗控制酸洗液及沖洗水中Cl-的控制某些不銹鋼酸洗液或酸洗膏采用加入鹽酸、高氯酸，三氯化鐵與氯化鈉等含氯離子的侵蝕介質(zhì)作為主劑或助劑去除表面氧

17、化層，除油脂用三氯乙烯等含氯有機溶劑，從防止應力腐蝕破裂來說是不太適宜的。此外，對初步?jīng)_洗用水可采用工業(yè)水，但對最終清洗用水要求嚴格控制鹵化物含量。通常采用去離子水。如石化奧氏體不銹鋼壓力容器進行水壓試驗用水，控制Cl-含量不超過25mg/L，如無法達到這一要求，在水中可加入硝酸鈉處理，使其達到要求，Cl-含量超標，會破壞不銹鋼的鈍化膜，是點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕破裂等的根源。酸洗鈍化操作中的工藝控制硝酸溶液單獨用于清除游離鐵和其它金屬污物是有效的，但對清除氧化鐵皮，厚的腐蝕產(chǎn)物，回火膜等無效，一般應采用HNO3+HF溶液，為了方便與操作安全，可用氟化物代替HF。單獨HNO3溶液可不加緩蝕劑，

18、但HNO3+HF酸洗時，需要加Lan-826。使用HNO3+HF酸洗，為防止腐蝕，濃度應保持5:1的比例。溫度應低于49，如過高，HF會揮發(fā)。對鈍化液，HNO3應控制在20%-50%之間，根據(jù)電化學測試，HNO3濃度小于20%處理的鈍化膜質(zhì)量不穩(wěn)定，易產(chǎn)生點蝕，但HNO3濃度也不宜大于50%，要防止過鈍化。用一步法處理除油酸洗鈍化，雖然操作簡便，節(jié)省工時，但該酸洗鈍化液(膏)中會有侵蝕性HF，因此其最終保護膜質(zhì)量不如多步法。酸洗過程中允許在一定范圍內(nèi)調(diào)整酸的濃度、溫度與接觸時間。隨著酸洗液使用時間的增長，必須注意酸濃度和金屬離子濃度的變化，應注意避免過酸洗，鈦離子濃度應小于2%，否則會導致嚴重的點蝕。一般來說，提高酸洗溫度會加速與改善清洗作用，但也可能增加表面污染或損壞的危險。不銹鋼敏化條件下酸洗的控制某些不銹鋼由于不良熱處理或焊接造成敏化，采用HNO&HF酸洗可能會產(chǎn)生晶間腐蝕，由晶間腐蝕引起的裂縫在運行時，或清洗時，或隨后加工中，能夠濃縮鹵化物，而引起應力腐蝕。這些敏化不銹鋼一般不宜用HNO3+HF溶液除鱗或酸洗。在焊后如必須進行這種酸洗，應采用超低碳或穩(wěn)定化的不銹鋼。不銹鋼與碳鋼組合件的酸洗對不銹鋼與碳鋼組合件(如換熱器中不銹鋼管子、管板與碳鋼殼體)，酸洗鈍化若采用HNO3或 HNO3+HF會嚴重腐蝕碳鋼，這時應添加合適的緩蝕劑如Lan-826。