镀件镀后除氢

(一)镀件的渗氢及危害性

    零件在电镀过程中多次与氢接触会造成氢的渗透。如在酸洗除油除锈及浸蚀操作过程中，金属与酸反应就会产生氢，以钢铁为例其反应式如下：

        Fe+H₂SO₄→FeSO₄+H₂↑        (6-6)
        Fe+2HCl→FeCl₂+H₂↑            (6-7)

    析出的氢最初是以原子的形式存在于钢铁零件的表面。氢原子是所有元素中最小的原子，它的渗透力强，在常温的情况下也会渗入铁及其他金属的晶格内，并沿着晶间深入移动积累在晶格内，氢与氢结合生成分子氢，造成金属性质脆化称为氢脆。氢集中于金属的晶格内以后增加了金属的局部压力，在一定的条件下将金属拉破，发生白点龟裂，集中的气体在金属表面附近时，使金属表面局部起泡、肿胀。电镀或阴极电解除油、除锈等电化学过程中也大量析氢，刚析出的氢原子也同样地渗透到零件的金属晶格或者镀层内部，造成上述所说的后果。氢吸附在阴极表面形成气泡、针孔等缺陷，另一部分则以原子状态向镀层甚至基体内部的晶格渗透并扩散，使晶格畸变，产生较大的内应力，导致镀层变脆，也一样造成氢脆的发生。氢脆还会使镀层与基体的结合力下降，轻者造成镀层的脆裂、脱落，严重的导致电镀零件的断裂、机械性能下降等不良的后果。

(二)影响镀件渗氢的主要因素

    影响镀件渗氢的因素较多、较复杂，但主要有以下几点。

    1.镀件基体及镀层的材料

    一般来说，不同的基体材料对渗氢导致氢脆的敏感性是不同的，强度越高的金属材料(如高强钢),敏感性越大，弹性件与薄壁件对氢脆也很敏感，钢的含碳量增加时，氢的吸收量减少，钢中有硫、磷、硅、砷、锑等元素时也容易吸氢。不同金属镀层渗氢的程度也不相同，最易渗氢的是镀铬层，其次是铁族金属，镀锌层吸氢很少，其他金属镀层则更少，甚至不敏感。

    2.镀件的表面状况

光滑的镀件表面吸氢和渗氢的可能性较小，而粗糙的表面吸附氢和渗氢的量增大，特别是表面因冷加工的变形或加工过程中造成的小孔、裂纹等缺陷最容易成为渗氢的通道，氢通过这些部位轻易地进入零件内部的晶格而积累，并成为氢脆源。

    3.洗液和镀液成分的影响

    一般来说，氢发生在酸液成分内，不同的酸析出的氢量不同。

    从式(6-6)和式(6-7)可以看出一个分子的H₂SO₄所放出的氢为盐酸的两倍。图6-3所示为软钢在H₂SO⁴和HCl中的吸收量曲线，从图6-3可以看出，软钢在硫酸中的氢吸收量多于在盐酸中的吸收量。图中虚线是各酸中加入0.5%酸抑制剂后可以减少氢的发生量。由此可见溶液中的成分对吸氢有影响，当溶液中有磷、硫、硅、砷、锑等元素的化合物时，放氢量和吸氢量也减少。

    4.溶液温度的影响

    镀件在放氢的溶液中浸泡时，其渗氢量和溶液的温度有关，在低于20℃的情况下吸氢量很少，在高于20℃的情况下，随着操作温度的升高，镀件的吸氢量也急剧增大，如图6-3所示。

    5.电流密度的影响
    在电镀或电解除油除锈时，吸氢量和阴极电流密度也有很大的关系，一般来说，电流密度愈大，析氢愈多，阴极表面的吸氢量也增加。

    6.操作时间的影响

    零件的酸液处理或电解除油除锈、电镀时间越长，析氢量越大，因此镀件表面吸氢量越大，渗氢的量也越大，造成氢脆的严重性也越大，所以在对氢敏感的零件进行处理时，时间越短越好。

    此外，当零件在加工过程中有应力残留在基体上时，零件对氢脆的敏感性增加，在有内应力或残余应力的情况下，即使只渗入少量的氢也很容易发生氢脆而断裂。

(三)镀件除氢及氢脆的防止

    1.氢脆的预防

    对于许多进行机械加工的零件，由于内应力、残余应力的存在增大了对氢脆的敏感程度，所以在电镀前必须设法清除零件的内应力，以便降低对氢的敏感性。另外，对氢敏感的金属镀件，在前处理的除锈除膜时，应尽量避免用酸液处理而采用机械喷砂喷丸的方法除锈，防止在酸洗过程中渗氢，即使在不得不采用的弱酸浸蚀时，也应尽量缩短处理的时间，避免浸蚀过度造成氢脆。

    采用电解法除油除锈及除膜时，尽量用阳极电解法或阳极和阴极联合电解法，而阴极电解时间要尽可能短。

    2.镀件除氢

    镀件在前处理或电镀过程中渗氢以后，为了避免日后在使用过程中产生氢脆或有镀层损坏的情况发生，零件在镀后处理时，一定要除氢。除氢的方法也比较简单，主要是设法将渗入并存留在镀件内部的氢赶出来，以便清除隐患。除氢主要有以下几种方法。

    (1)自然放置法  镀件经长时间放置而不使用时，镀件内的氢可以慢慢逆向析出，逐渐减少氢脆的敏感度。图6-4所示为钢线的氢脆敏感性试验。图6-4中曲线显示直径为1mm的钢线，开始时耐弯曲的次数很少，放置一天后耐弯曲的次数增加并趋于缓慢增加。直径为4mm的钢线则随天数的增加，耐弯曲线缓慢增加。这是因为直径小，渗人的氢量少，而短时间内即除去，而直径大则渗氢及存氢量增加，所以析氢速度缓慢。弯曲次数少即断裂，说明氢脆的程度大，相反弯曲次数多才断裂，说明氢脆的敏感度小，但这种方法时间长，除氢难以彻底，最好不用。

    (2)真空除氢  真空除氢就是把镀件放在密封容器内，然后用真空泵抽真空，在抽真空的过程中，把渗入镀件及镀层内的氢抽出来。真空除氢的效果很好，因为真空设备内的低压状态，对镀件内的氢向外扩散有利，然而设备投资大，对于一些小型电镀厂负担不起，所以未被普遍采用。

    (3)烘箱除氢  将镀件放在烘箱内烘烤除氢是最常用的方法，因为设备投资不大，操作也简单易行，效果也能满足一般的要求。例如弹簧钢在电镀后要立即放入烘箱内在150～190℃下除氢，时间可在3～23h范围内选择。但也有人提出一些强度高的钢材必须在230～260℃除氢8h以上。实际上温度升高对除氢有显著的好处。除氢的工作应在镀完清洗后立即进行，不宜拖延，镀后至除氢之间的时间应在4～8h以内，这样有助于除氢更彻底。

    图6-5所示为含碳量0.04%的钢，在100℃加热时，加热时间与除氢量及钢的耐弯曲次数的关系。图6-5中的曲线说明，碳钢在100℃除氢时，需要80多小时才能把大部分的氢除掉，随着除氢时间的延长，抗弯曲的次数增多，说明氢脆的敏感度下降。

    (4)油浴加热除氢法  油浴比热风传热更均匀，效果也更好，因此也有用油浴除氢的，但因为热油槽温度比较高，一般在200℃以上，所以应考虑油料的闪点和注意防火，避免火灾等事故发生。进入油浴的镀件也一定要先干燥，把水彻底弄干，否则会爆溅伤人。

    对于除氢条件，材料的回火温度是必须考虑的问题，因为提高除氢温度会导致淬火材料的硬度降低，改变镀件的机械性能，所以一般都在回火温度以下10～20℃来除氢，于是只好延长除氢时间以取得好的效果。延长的时间根据各种实际情况，大约在8～48h范围内，甚至时间还要更长，实际上对于一般的零件，在180～200℃或是升至250℃,除氢8h已够，但随着材料强度和零件重要性的增加，温度和时间都可能要再增加。

    如镀后有附加处理，例如需要重铬酸盐钝化时，除氢应首先进行，才能进行铬酸盐钝化处理，以免带来不好的影响。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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