除氢和钝化处理 04

1、除氢处理除氢处理，也称去氢处理，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。基本信息· 中文名称除氢处理· 目    的降低氢脆的影响降低到最低限度 氢脆的原理与预防零件镀锌过程中，除锌的电沉积外，往往伴随有氢离子还原析氢的副反应。氢还原一部分变成气体逸出，还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去，造成晶格歪扭，零件内应力增加，镀层和基体变脆，人们称之为氢脆。氢脆对材料的力学性能危害很大，如不除去，会影响零件的寿命，甚至造成机器的破坏事故。因此某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行

2、除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。除氢效果与除氢温度、保温时间有关。温度高，时间长除氢越彻底。但加热温度不能太高，超过250锌结晶组织变形、发脆，耐蚀性明显下降。一般用l90230，2h3h。渗碳件和锡焊件除氢温度是140l60，保温3h。在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,

3、造成严重的事故。表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。氢脆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、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%50%。某特种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

4、也无法用去氢来恢复原有的韧性。氢脆机理延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。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。镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难

5、向外扩散,去氢特别困难。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相当缓慢,所以需要即时加热去氢。温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不破坏镀层本身的性能。避免和消除的措施1 减少金属中渗氢的数量在除锈和氧化皮时,尽量采用吹砂除锈,若采用酸洗,需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂;在除油时,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,先阴极后阳极;在电镀时,碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。2 采用低氢扩散

6、性和低氢溶解度的镀涂层一般认为,在电镀Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb时,渗入钢件的氢容易残留下来,而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂层,如机械镀锌可以,不会发生氢脆,耐蚀性高,附着力好,厚5100m，成本低。3 镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患若零件经淬火、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。对电镀过程中渗氢较多的零件原则上应尽快去氢,因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量随时间的延长而增加。新的国际标准草案规定"最好

7、在镀后1h内,但不迟于3h,进行去氢处理"。国内也有相应的标准,对电镀锌前、后的去氢处理作了规定。电镀后去氢处理工艺广泛采用加热烘烤,常用的烘烤温度为150300°C,保温224h。具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。去氢处理常在烘箱内进行。镀锌零件的去氢处理温度为110220°C,温度控制的高低应根椐基体材料而定。对于弹性材料、0.5mm以下的薄壁件及机械强度要求较高的钢铁零件,镀锌后必须进行去氢处理。为了防止"镉脆",镀镉零件的去氢处理温度不能太高,通常为180200°C。一般除氢方法将需除氢的

8、镀件放在烘箱内(最好放在真空炉内)，或在热油中(适用于镀硬铬件)，在200250下处理23h。热油中除氢能获得与在烘箱中除氢具有同样的效果，由于其受热均匀，对镀层还具有填充孔隙的作用，有利于提高镀层的防护功能，对设备要求也更为简单。(2)根据工件的使用要求提出除氢方法例如镀硬铬，在镀硬铬时由于电流效率过低，只有13%18%，大部分电流消耗在氢的析出上，氢颇易扩散到镀层和基体金属的晶格中，渗氢较为严重，从而引起疲劳强度的降低，影响动、静负载强度，故在设计中应提出镀铬后除氢处理的要求(除氢是在200220下热处理23h)。经除氢处理之后可驱除渗入镀层和基体中60%70%的氢，从而大大减轻了脆性而不

9、会降低其硬度。应注意的问题材料强度越大,其氢脆敏感性也越大,这是表面处理技术人员在编制电镀工艺规范时必须明确的基本概念。国际标准要求抗拉强度b>105kg/mm2的钢材,要进行相应的镀前去应力和镀后去氢处理。法国航空工业对屈服强度s>90kg/mm2的钢件就要求作相应去氢处理。由于钢材强度与硬度有很好的对应关系,因此,用材料硬度来判断材料氢脆敏感比用强度来判断更为直观、方便。因为一份完善的产品图和机加工工艺都应标注钢材硬度。在电镀中我们发现钢的硬度在HRC38左右时开始呈现氢脆断裂的危险。对高于HRC43的零件,镀后应考虑去氢处理。硬度为HRC60左右时,在表面处理之后必须立即进行

10、去氢处理,否则在几小时之内钢件会开裂。除了钢材硬度外,还应综合考虑以下几点:(1)零件的使用安全系数:安全重要性大的零件,应加强去氢;(2)零件的几何形状:带有容易产生应力集中的缺口,小R等的零件应加强去氢;(3)零件的截面积:细小的弹簧钢丝、较薄的片簧极易被氢饱和,应加强去氢;(4)零件的渗氢程度:在表面处理中产生氢多、处理时间长的零件,应加强去氢;(5)镀层种类:如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散,所以要加强去氢;(6)零件使用中的受力性质:当零件受到高的张应力时应加强去氢,只受压应力时不会产生氢脆;(7)零件的表面加工状态:对冷弯、拉伸、冷扎弯形、淬火、焊接等内部残留应力大的零件,不仅镀后要加

11、强去氢,而且镀前要去应力;(8)零件的历史情况:对过去生产中发生过氢脆的零件应特别加以注意,并作好相关记录。在电镀过程中,零部件渗氢的现象是非常普遍的,表面处理技术人员在编制镀前去应力和镀后去氢工艺时,不能照搬相关标准,应根据零件性质和使用条件灵活制订,否则会使生产成本大大增加,生产管理非常困难。钝化处理 化学清洗中最后一个工艺步骤，是关键一步，其目的是为了材料的防腐蚀。如锅炉经酸洗、水冲洗、漂洗后，金属表面很清洁，非常活化，很容易遭受腐蚀，所以必须立即进行钝化处理，使清洗后的金属表面生成保护膜，减缓腐蚀。技术原理金属经氧化性介质处理后，其腐蚀速度比原来未处理前有显著下降的现象称金属

12、的钝化。其钝化机理主要可用薄膜理论来解释，即认为钝化是由于金属与氧化性介质作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能坚固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解形成钝态达到防止腐蚀的效果钝化处理是化学清洗中最后一个工艺步骤，是关键一步，其目的是为了材料的防腐蚀。如锅炉经酸洗、水冲洗、漂洗后，金属表面很清洁，非常活化，很容易遭受腐蚀，所以必须立即进行钝化处理，使清洗后的金属表面生成保护膜，减缓腐蚀。主要用途对不锈钢全面酸洗钝化处理，清除各类油污、锈、氧化皮

13、、焊斑等污垢，处理后表面变成均匀银白色，大大提高不锈钢抗腐蚀性能，适用于各种型号不锈钢零件、板材及其设备。基本特点操作简单，使用方便、经济实用，同时添加了高效缓蚀剂、抑雾剂，防止金属出现过腐蚀和氢脆现象、抑制酸雾的产生。特别适用于小型复杂工件，不适合涂膏的情况，优于市场同类产品。操作方法根据不锈钢的材质和氧化皮严重程度不同，可以用原液或按1:14的比例加水稀释后使用;铁素体、马氏体和镍含量低的奥氏体不锈钢(如420、430、200、201、202、300、301等)稀释后使用，镍含量较高的奥氏体不锈钢(如304、321、316、316L等)用原液浸泡;一般常温或加热到5060度后使用，浸泡3-

14、20分钟或更长时间(具体时间和温度用户根据自己的试用情况确定)，至表面污垢完全清除，成均匀银白色，形成均匀致密的钝化处理膜为止，处理完成后取出，用清水冲洗干净，最好再用碱水或石灰水冲洗中和。钝化处理:用铬酸盐溶液与金属作用在其表面生成三价或六价铬化层的过程，称为钝化，亦名铬化。多用于铝、镁及其合金的处理，对钢铁也能形成铬化层，但很少单独使用，常和磷化配套使用，以封闭磷化层的孔隙，使磷化层中裸露的钢铁钝化，以抑制残余磷化加速剂的腐蚀作用，进一步增加防护能力。钝化时一般用重铬酸钾溶液(24克/升，有时也加入12克磷酸)，在80-90摄氏度浸啧2-3分钟取出,水洗即可在蚀刻不锈钢工艺中，我们常常遇着

15、产品发黄，这里我们需要钝化工艺来处理。1)一次钝化液的成分及工作条件组成及条件 彩色钝化 钝化后要漂白 组成用条件 彩色钝化 钝化后要漂白液及温度 的浓度及温度 液及温度 的浓度及温度铬酸 250300G/l 200250G/l 硫酸 1020ML/L 2430ML/L3040ML/L 1520ML/L 温度 3040度 室温2)二次印化溶液的组成及工作条件:氨三乙酸-氯化铵锌如果采用二次钝化工艺，钝化膜色泽均匀，五彩鲜艳，膜层细致，膜与镀锌层结合力好，防腐蚀性也比一次钝化好。二次钝化液组成及条件 甲槽 乙槽铬酐质量浓度/g.l-1 170200 4050硫酸体积分数/ML。L-1 67 2硝

16、酸体积分数/ML。L-1 78 56硫酸亚铁质量浓度/G。L-1 810 67锌粉质量浓度/G。L-1 12 68温度 室温 室温时间/S 2040 2030经甲槽钝化后不经过清洗，直接投入乙槽，乙槽钝化液有时还冲淡使用。注意事项折叠预处理酸洗钝化的前处理不锈钢工件酸洗钝化前如有表面污物等，应通过机械清洗，然后除油脱脂。如果酸洗液与钝化液不能去除油脂，表面存在油脂会影响酸洗钝化的质量，为此除油脱脂不能省略，可以采用碱液、乳化剂、有机溶剂与蒸汽等进行。折叠酸洗控制酸洗液及冲洗水中Cl-的控制某些不锈钢酸洗液或酸洗膏采用加入盐酸、高氯酸，三氯化铁与氯化钠等含氯离子的侵蚀介质作为主剂或助剂去除表面氧

17、化层，除油脂用三氯乙烯等含氯有机溶剂，从防止应力腐蚀破裂来说是不太适宜的。此外，对初步冲洗用水可采用工业水，但对最终清洗用水要求严格控制卤化物含量。通常采用去离子水。如石化奥氏体不锈钢压力容器进行水压试验用水，控制Cl-含量不超过25mg/L，如无法达到这一要求，在水中可加入硝酸钠处理，使其达到要求，Cl-含量超标，会破坏不锈钢的钝化膜，是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂等的根源。酸洗钝化操作中的工艺控制硝酸溶液单独用于清除游离铁和其它金属污物是有效的，但对清除氧化铁皮，厚的腐蚀产物，回火膜等无效，一般应采用HNO3+HF溶液，为了方便与操作安全，可用氟化物代替HF。单独HNO3溶液可不加缓蚀剂，

18、但HNO3+HF酸洗时，需要加Lan-826。使用HNO3+HF酸洗，为防止腐蚀，浓度应保持5:1的比例。温度应低于49，如过高，HF会挥发。对钝化液，HNO3应控制在20%-50%之间，根据电化学测试，HNO3浓度小于20%处理的钝化膜质量不稳定，易产生点蚀，但HNO3浓度也不宜大于50%，要防止过钝化。用一步法处理除油酸洗钝化，虽然操作简便，节省工时，但该酸洗钝化液(膏)中会有侵蚀性HF，因此其最终保护膜质量不如多步法。酸洗过程中允许在一定范围内调整酸的浓度、温度与接触时间。随着酸洗液使用时间的增长，必须注意酸浓度和金属离子浓度的变化，应注意避免过酸洗，钛离子浓度应小于2%，否则会导致严重的点蚀。一般来说，提高酸洗温度会加速与改善清洗作用，但也可能增加表面污染或损坏的危险。不锈钢敏化条件下酸洗的控制某些不锈钢由于不良热处理或焊接造成敏化，采用HNO&HF酸洗可能会产生晶间腐蚀，由晶间腐蚀引起的裂缝在运行时，或清洗时，或随后加工中，能够浓缩卤化物，而引起应力腐蚀。这些敏化不锈钢一般不宜用HNO3+HF溶液除鳞或酸洗。在焊后如必须进行这种酸洗，应采用超低碳或稳定化的不锈钢。不锈钢与碳钢组合件的酸洗对不锈钢与碳钢组合件(如换热器中不锈钢管子、管板与碳钢壳体)，酸洗钝化若采用HNO3或 HNO3+HF会严重腐蚀碳钢，这时应添加合适的缓蚀剂如Lan-826。