氫脆消除
金屬因吸氫而導(dǎo)致脆件是一個(gè)很復(fù)雜的課題。對(duì)于電鍍，發(fā)現(xiàn)因電鍍時(shí)在陰極上析出的氫滲入鍍件而引起的缺陷也已很久。氫致電鍍?nèi)毕輰?shí)際表現(xiàn)為兩個(gè)方面，即氫致基體材料的破壞（氫蝕），和氫致鍍層的缺陷。兩者均對(duì)電鍍質(zhì)量造成嚴(yán)重的問題。
電鍍過程中的氫來自于陰極過程。鍍液的電流效率鮮有完全達(dá)到100%，因而在電鍍過程中零件的表面總是有氫析出。這些氫聚集成氣泡的形式向液面逸出，或者以小泡的形式粘附在被鍍的表面上。除了電鍍過程本身之外，其他的配套工藝，例如電解除油時(shí)的陰極除油，酸腐蝕等，均是氫的重要來源。
零件表面上吸附的氫會(huì)繼續(xù)向表面內(nèi)的材料結(jié)構(gòu)深入并在鍍件內(nèi)部積聚。一部分的氫進(jìn)入材料結(jié)構(gòu)，或成為化合物，或以游離形式存在，一旦條件合適便會(huì)反向擴(kuò)散逸出。這種進(jìn)入的氫將導(dǎo)致基體材料的脆性（氫脆或稱氫腐蝕），反過來析出的氫則造成鍍層的破壞（起泡、脫層、結(jié)合不良、開裂等）。電鍍時(shí)零件表面的氫聚集成泡，但被粘附在電極表面不能脫開而逸出時(shí)，將阻擋電流并阻礙電鍍過程從而使該處形成鍍層缺陷（麻點(diǎn)、小坑、凹陷、氣孔等等）。
為了消除麻點(diǎn)、針孔之類因氫脫附困難而造成的鍍層缺陷，通常不得不往電鍍?nèi)芤簝?nèi)加入一些表面活性劑。典型的如鍍鎳溶液中添加十二烷基硫酸鈉，這些表面活性劑能降低電鍍?nèi)芤旱谋砻鎻埩亩欣跉馀莸拿摳?。另外的辦法便是使陰極移動(dòng)，例如擺動(dòng)或抖動(dòng)，利用機(jī)械方法來擺脫氣泡。微小的氣泡最為有害，閑為在繼續(xù)鍍覆的過程中這些微小的缺陷很容易被覆蓋，而橋接其上的鍍層便將氣泡掩埋，從而形成肉眼難見的皮下針孔，并且受熱時(shí)很容易促使鍍層鼓起或者減弱鍍層的結(jié)合。
當(dāng)電鍍過程停止，零件表面上的氫壓減退時(shí)，基體材料內(nèi)未反應(yīng)的可逆氫便向表面外逆向擴(kuò)散。這種氫將形成氫壓，而當(dāng)聚集到鍍層與基體的界面上時(shí)，便會(huì)減弱鍍層與基體間的結(jié)合力，最后促使鍍層起泡。

積聚在基體材料結(jié)構(gòu)內(nèi)的氫將最終導(dǎo)致材料的脆性即發(fā)生氫脆故障。引起這樣的故障的最低充氫量取決于材料的品種、狀態(tài)和加工史，這些條件構(gòu)成一個(gè)有害氫量的臨界值。這樣就體現(xiàn)出了一個(gè)表面完整性問題。未必當(dāng)時(shí)在電鍍進(jìn)行中進(jìn)入了足夠的氫量，而也可能之前的幾道工序如除油、腐蝕等陸續(xù)使殘留氫量增加而最終在電鍍過程中集中表現(xiàn)出來。防止這個(gè)門坎的超過不僅僅限于電鍍過程本身，而實(shí)際上必須步步為營(yíng)。這點(diǎn)對(duì)于要求高的產(chǎn)品、可靠性必須保證的產(chǎn)品和出現(xiàn)故障后危害大或者難于修理而無法挽回的產(chǎn)品勢(shì)必非常關(guān)鍵。例如經(jīng)驗(yàn)證明，正常情況下并不致因電鍍?cè)斐刹辉试S的氫脆程度的零件，竟因?yàn)樵诩庸こ尚颓坝捎诼短齑娣艜r(shí)大氣腐蝕過程中微電池陰極表面上有氫的緩慢滲入而積聚，最終導(dǎo)致添加工藝過程和電鍍后含氫量超過門坎值而出現(xiàn)氫裂斷裂事故。機(jī)械加工過程中冷卻水劑的不適當(dāng)配方、酸洗過程中的滲氫等促使發(fā)生問題的情況也遇到過。
一般情況下，氫脆主要是鋼材，特別是高強(qiáng)度鋼材的行為。所以有條件達(dá)到高強(qiáng)度的材料如非設(shè)計(jì)指標(biāo)確實(shí)必要，否則無需在工藝中以高強(qiáng)運(yùn)行，例如淬火至并不需要的高強(qiáng)度。這樣可以減少隱患。有些有色金屬也會(huì)發(fā)生類似的氫脆現(xiàn)象，然而不如高強(qiáng)鋼材的明顯和嚴(yán)重，所以通常也未給予過多的重視，如鎳、鉛、鉑、鈀。
氫進(jìn)入鋼材后實(shí)際處于多種狀態(tài)存在。氫原子沿間隙擴(kuò)散，有的便形成氫化物。由于存在狀態(tài)的多樣性，使電鍍零件鍍后除氫有一定困難。一般地說，常規(guī)的除氫工序可以大致上除凈所謂的可逆氫，即在晶格內(nèi)尚能自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的氫。在除氫工序的高溫中，氫將逆向擴(kuò)散排出。因此也有人認(rèn)為抽真空可以幫助排氫，但因增加設(shè)備和操作的復(fù)雜性，加之未能完全確定氛是否除得更干凈，所以實(shí)際上生產(chǎn)采用并不很多。

對(duì)于普通的彈簧鋼，因?yàn)樯a(chǎn)上遇到問題較多，所以滲氫研究和除氫的討論提出很早，也有許多人早期便對(duì)電鍍氫脆問題加以討論和評(píng)述。雖然嚴(yán)重的場(chǎng)合鍍件會(huì)在鍍槽內(nèi)便表現(xiàn)出內(nèi)應(yīng)力和滲氫造成的影響，但更多的情況是氫的影響并不在電鍍過程中或電鍍之后立即顯露。這種氫致故障常表現(xiàn)為一種延遲破壞，于是也就大大增加了工藝中解決實(shí)際問題和故障研究的難度和復(fù)雜性。

很早便有建議彈簧鋼要在電鍍后立即于烘箱中150-190度下回火（除氫），時(shí)間提出有從1-23小時(shí)不等。實(shí)踐證明，一些強(qiáng)度高的鋼材必須250-260除氫8小時(shí)以上。實(shí)際上除氫溫度提高會(huì)有顯著的好處，因?yàn)閿U(kuò)散的速度與溫度有關(guān)。至少，除氫工
作應(yīng)在鍍完后立即進(jìn)行，不宜拖延。鍍后至除氫之間閑置時(shí)間應(yīng)在4小時(shí)以內(nèi)，最多不要超過* 小時(shí)，這樣有助于氫除得更為徹底。

對(duì)于除氫條件，材料的回火溫度常成障礙。因?yàn)樘岣叱龤錅囟葧?huì)導(dǎo)致淬火材料的硬度降低。所以一般不得不在回火溫度以下10-20度來除氫，于是便無奈地延長(zhǎng)處理的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間，根據(jù)不同的建議和實(shí)際做法，可以從七八個(gè)小時(shí)一直到48 小時(shí)，甚至還有人要延長(zhǎng)。實(shí)際上，對(duì)于一般的零件180-200度或升高到達(dá)’250度除氫2-8小時(shí)已夠。隨著材料強(qiáng)度和零件重要性的增加，溫度和時(shí)間都要增加。

如果鍍后有附加處理，例如重鉛酸鹽鈍化，那么除氫便要預(yù)先進(jìn)行，以免帶來影響。一般地說，航空航天工業(yè)用高強(qiáng)鋼材較多，安全和延壽問題也更為關(guān)注，所以對(duì)除氫工作的要求也更為嚴(yán)格。目前，由于氫脆研究的數(shù)據(jù)不盡吻合，這與測(cè)試的困難和方法有關(guān)；生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和事故統(tǒng)計(jì)分析的觀點(diǎn)也不一致，以致除氫的實(shí)際工藝在各大航空企業(yè)間也仍然有很大差別。前面已經(jīng)提到，氫致產(chǎn)品故障所基于的臨界含氫量或門坎值，不一定要在電鍍工序中充入同樣的氮量才超過。如果原來已經(jīng)嚴(yán)重滲氫，則電鍍工序不需滲入多少氫便會(huì)超越臨界，在這里殘余壓應(yīng)力也起著很壞的作用。因此，許多規(guī)范都要求鍍前消除應(yīng)力的回火和除氫，修理返鍍等零件更應(yīng)如此。
一直以來都認(rèn)為，鎘鍍層比鋅鍍層更易于排氫，同時(shí)鍍鎘比鍍鋅滲氫少，鍍層也較軟。所以高強(qiáng)材料多采用鍍鎘而不用鍍鋅。為此，又開發(fā)了所謂松孔鍍鎘的工藝，鍍層微孔更有助于氫的排出。進(jìn)而又研究鍍鎘鈦，認(rèn)為氫脆較小。但迫于環(huán)境壓力，有毒的鎘層須設(shè)法取代。所以近年在大力開發(fā)和推廣應(yīng)用鋅鎳、鈷鎳、鐵鎳等合金鍍層，不僅毒性低而且避免了鎘的危害。這些鍍層氫脆性很低而防護(hù)能力比單獨(dú)鍍鋅與鎘高，所以廣受歡迎，已在汽車、航空等工業(yè)中獲得推廣。除了毒性之外，鎘的熔點(diǎn)低，如果在接近其熔點(diǎn)附近的溫度下使用時(shí)便會(huì)引起鎘脆。鎘迅速擴(kuò)散滲入基材，導(dǎo)致晶界和結(jié)構(gòu)上幾乎是粉碎性的破壞。這種破壞已引起許多次嚴(yán)重事故。為此，鎘鍍層的除氫溫度也要降低，一般要壓到120度以下。

有時(shí)候電鍍零件的氫脆行為表現(xiàn)延遲，這也與其日后的工作狀態(tài)有關(guān)。鍍鋅層是陽極性的，在防護(hù)過程中形成腐蝕微電池，從而使基體材料受到陰極保護(hù)。然而，遭受腐蝕時(shí)在陰極區(qū)產(chǎn)生的氫也有深入基體材料的傾向。如果材料有微細(xì)的裂紋、發(fā)紋、隙縫、孔隙等，則氫更易沿缺陷進(jìn)入。位錯(cuò)也易促使氫聚集，有內(nèi)應(yīng)力、殘余的應(yīng)力和受到外力都會(huì)促使氫的影響加劇。聚集成氨泡形成很高的氫壓，最終會(huì)以材料破壞的形式表現(xiàn)出來。
因此，防止氫脆故障勢(shì)必要把各種因素考慮周全。每道工序可能的滲氫和盡量減少氫影響結(jié)合。例如注意消除零件上的各種殘余應(yīng)力或者增加諸如對(duì)零件表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化等等都將有益。承載時(shí)加載的速度緩慢未必對(duì)顯露氫脆的危害有好處，因?yàn)椴牧蟽?nèi)的應(yīng)力會(huì)促使氫的流動(dòng)與集中。很快的破斷有時(shí)并不會(huì)把材料內(nèi)氫的負(fù)面影響及時(shí)的表現(xiàn)出來。從這個(gè)意義上說，檢查和鑒定氫脆宜用遲延方法。

鍍前消除應(yīng)力和鍍后除氫的工作，通常有三種不同方法。烘箱內(nèi)烘烤是最常使用的方法。因?yàn)樵O(shè)備投資不大，操作也簡(jiǎn)單易行。效果能滿足一般的要求。有人建議用油浴，熱油傳熱比熱風(fēng)均勻，效果可以更好一些。但因熱油槽溫度較高，一般在200度以上，所以須考慮油料的閃點(diǎn)和平日注意防火。進(jìn)入油治的零件也必須事先干燥，否則要爆濺傷人。真空除氫比較有效，因?yàn)榄h(huán)境的低氣壓顯然有利于氫的外擴(kuò)。然而因?yàn)樵O(shè)備投資大，操作時(shí)間較長(zhǎng)，因而采用并不特別普遍。
因?yàn)闅浯嗟臋C(jī)理和有關(guān)的理論、測(cè)試和研究鑒定的方法以及實(shí)際導(dǎo)致氫脆事故的情況和場(chǎng)合多樣，使氫脆從理論到實(shí)踐都表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)雜的問題。許多論點(diǎn)一直在探討。
然而，從工程角度，能從生產(chǎn)上避免氫脆的危害是主要的目的。既然理論探討和實(shí)驗(yàn)測(cè)試都還有許多問題值得討論，那么，經(jīng)驗(yàn)也就是產(chǎn)品的工作情況、維修信息的反饋、破壞和事故的系統(tǒng)追蹤和總結(jié)便應(yīng)成為生產(chǎn)過程修正參數(shù)的重要依據(jù)。也正因?yàn)槿绱?，從文獻(xiàn)、研究報(bào)告到各個(gè)企業(yè)，氫脆消除問題的觀點(diǎn)不盡相同。而工廠內(nèi)建議的除氫條件從120-250度、從2 小時(shí)至120小時(shí)或更長(zhǎng)的都有，也就不足為奇了。