Xiang Keyou Lan Yuliang Gao Ronglong Liu Huicong * Zhu Liqun.Research progress of hydrogen embrittlement sensitivity in electroplated Zn-Ni alloy of high strength steel parts[J].Plating & Finishing,2024,(8):51-59.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2024.08.008]
高强钢零件镀锌镍合金的氢脆敏感性研究进展
- Title:
- Research progress of hydrogen embrittlement sensitivity in electroplated Zn-Ni alloy of high strength steel parts
- 关键词:
- 高强度钢; 电镀 Zn 及 Zn-Ni ; 氢脆敏感性; 氢脆机理
- Keywords:
- high strength steel ; electroplated Zn and Zn-Ni ; hydrogen embrittlement sensitivity ; hydrogen embrittlement mechanism
- 分类号:
- TG172
- 文献标志码:
- A
- 摘要:
- 为了防止钢铁材料表面在大气环境中发生氧化锈蚀,通常在钢铁零件表面镀锌或镀锌镍合金等防护层。但电镀过程可能会引起高强度材料的氢致开裂或氢脆延迟破坏,因此,探讨高强度材料电镀过程的氢脆敏感性至关重要。本文分析了电镀过程引起高强钢零件氢脆故障的案例和学者们的实验研究结果,探讨了电镀过程中氢的渗入过程,归纳了氢原子在零件内部的存在状态,对比了不同电镀溶液沉积过程中的氢脆敏感性,分析了镀层微观形貌对于氢原子逃逸和氢脆敏感性的影响,总结了热处理烘烤除氢工艺、材料氢脆敏感性评价方法等的研究现状。相关内容可为降低高强钢材料电镀氢脆敏感性的风险打下技术基础,更好的指导电镀高强度钢零件的应用。
- Abstract:
- : In order to prevent oxidative rust on the surface of steel materials in natural atmospheric environment , protective layers such as galvanized or galvanized nickel alloy are usually used on the surface of steel parts. Since the electroplating process may cause hydrogen embrittlement or hydrogen embrittlement delayed damage of high-strength materials , it is very important to investigate the hydrogen embrittlement sensitivity in electroplating of high-strength materials. In this paper , the hydrogen embrittlement failure cases of high-strength steel parts caused by electroplating process and the experimental research results of scholars were introduced , the infiltration of hydrogen during electroplating was discussed , the existence state of hydrogen atoms inside the parts was summarized , the hydrogen embrittlement sensitivity during deposition of different electroplating solutions was contrasted , the influence of coating microstructure on hydrogen atom escape and hydrogen embrittlement sensitivity were analyzed , the research status of hydrogen removal process by heat treatment and baking and evaluation methods of hydrogen embrittlement sensitivity of materials were summarized. The relevant content can lay a technical foundation for reducing the risk of electroplating hydrogen embrittlement sensitivity of high-strength steel materials , and better guide the application of electroplating high-strength steel parts.
参考文献/References:
[1] 日野実 , 平松実 , 堀川敬太郎 . Zn 系 めっきによる 高強度鋼 の 水素脆性 [J]. 表面技术 , 2020, 71(5): 323-329.
[2] 胡芳 , 代明江 , 侯惠君 , 等 . 30CrMnSiNi2A 钢紧固件磁控溅射铝膜的腐蚀和氢脆性能 [J]. 中国表面工程 , 2016, 29(5): 41-48.
[3] 马青华 , 付大海 , 郦智斌 . 机械能助渗锌对高强钢组织及其力学性能的影响 [J]. 中国表面工程 , 2010, 23(4): 74-77.
[4] 郭爱民 , 马鸣图 , 徐佐 , 等 . EVI 与氢脆 [M]. 北京 : 北京理工大学出版社 , 2018: 18-23.
[5] 王亚伟 , 乔永莲 , 沙春鹏 , 等 . 航空用 30CrMnSiNi2A 高强钢电镀锌 - 镍合金层及其对氢脆性能的影响 [J]. 材料保护 , 2013, 46(12): 61-62, 9.
[6] 商红武 , 安茂忠 , 杨培霞 . 电镀过程中氢脆的产生及其抑制措施 [J]. 电镀与涂饰 , 2008, 27(12): 4-7.
[7] 张振赟 . 高强度紧固件镀锌中氢脆的产生环节及控制措施 [J]. 材料保护 , 2003, 36(1): 62.
[8] Rebeca F S, Covadonga B, Emilio M-P. Analysis of the influence of microstructural traps on hydrogen assisted fatigue[J]. Acta Materialia, 2020, 199: 253-263.
[9] 屈少鹏 , 尹衍升 . 深海极端环境服役材料的研究现状与研发趋势 [J]. 材料科学与工艺 , 2019, 27(1): 1-8.
[10] 高荣龙 , 向可友 , 曹瑞 , 等 . 氢燃料电池汽车零部件及其防腐蚀技术 [J], 腐蚀与防护 , 2023, 44(7): 75-80, 85.
[11] 张琦超 . 核废料储罐腐蚀过程中的氢吸收和氢脆行为研究 [D]. 北京 : 中国科学院大学 , 2020.
[12] 屈少鹏 , 李超 , 董丽华 , 等 . 静水压对 X80 表面铈转化膜腐蚀行为的影响 [J]. 中国表面工程 , 2019, 32(5): 95-102.
[13] Christian H, Marcel M, Christina S, et al. Influence of microstructure on hydrogen trapping and diffusion in a pre-deformed TRIP steel[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2023, 48(12): 4906-4920.
[14] Yaktiti A, Dreano A, Carton J F, et al. Hydrogen diffusion and trapping in a steel containing porosities[J]. Corrosion Science, 2022, 199: 110208.
[15] Claeys L, De Graeve I, Depover T, et al. Hydrogen- assisted cracking in 2205 duplex stainless steel: Initiation, propagation and interaction with deformation-induced martensite[J]. Materials Science and Engineering: A, 2020, 797: 140079.
[16] Shabnam K, Iman T, Tarlan H, et al. Evaluation of the cementite morphology influence on the hydrogen induced crack nucleation and propagation path in carbon steels[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47(30): 14121-14129.
[17] 张兴文 , 费敬银 , 周国华 . 高强度航空结构钢电镀 Zn-Ni 合金的氢脆性能 [J]. 材料保护 , 2014, 47(6): 5-9.
[18] 郭莉华 . 高强度钢低氢脆锌镍合金电镀工艺的研究 [D]. 北京 : 北京化工大学 , 2003.
[19] 惠百平 , 费敬银 , 辛文利 , 等 . Zn-Ni 合金电沉积过程中的渗氢行为 [J]. 电镀与精饰 , 2006, 28(2): 10-13, 41.
[20] Kim H J, Lee M G. Analysis of hydrogen trapping behavior in plastically deformed quenching and partitioning steel in relation to microstructure evolution by phase transformation[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 904: 164018.
[21] Takashima K, Han R, Yokoyama K, et al. Hydrogen embrittlement induced by hydrogen charging during deformation of ultra-high strength steel sheet consisting of ferrite and nanometer-sized precipitates[J]. ISIJ International, 2019, 59(12): 2327-2333.
[22] Wang Z, Liu J, Huang F, et al.Hydrogen diffusion and its effect on hydrogen embrittlement in DP steels with different martensite content[J]. Frontiers in Materials, 2020, 7: 620000.
[23] Venezuela J, Liu Q L, Zhang M X, et al. A review of hydrogen embrittlement of martensitic advanced high-strength steels[J]. Corrosion Reviews, 2016, 34(3): 153-186.
[24] Koyama M, Tasan C C, Akiyama E, et al. Hydrogen- assisted decohesion and localized plasticity in dual-phase steel[J]. ACTA Materialia, 2014, 70: 174-187.
[25] Song J, Curtin W A. Atomic mechanism and prediction of hydrogen embrittlement in iron[J]. Nature Materials, 2013, 12(2): 145-151.
[26] Momotani Y, Shibata A, Terada D, et al. Effect of strain rate on hydrogen embrittlement in low-carbon martensitic steel[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(5): 3371-3379.
[27] Rehrl J, Mraczek K, Pichler A, et al. Mechanical properties and fracture behavior of hydrogen charged AHSS/ UHSS grades at high- and low strain rate tests[J]. Materials Science and Engineering A, 2014, 590: 360-367.
[28] 黄平 , 周本金 , 陈端杰 . 电镀过程中氢脆的控制 [J]. 电镀与环保 , 2003, 23(1): 10-11.
[29] Sunil B, Rajanna S. Evaluation of mechanical properties of ferrite-marten site DP steels produced through intermediate quenching technique[J]. SN Applied Sciences, 2020, 2(8): 1461.
[30] Hu C C,Tsay C H,Bai A. Optimization of the hydrogen evolution activity on zinc-nickel deposits using experimental strategies[J]. Electrochimica Acta, 2003, 48(7): 907-918.
[31] 朱立群 . 评高强度钢电镀锌基合金的低氢脆性 [J]. 材料保护 , 1991, 24(1): 4-7, 3.
[32] 刘玉 , 李焰 , 李强 . 阴极极化对 X80 管线钢在模拟深海条件下氢脆敏感性的影响 [J]. 金属学报 , 2013, 49(9): 1089-1097.
[33] 周华生 , 曹燕 , 章小峰 , 等 . 多尺度实验测试评价高强钢氢脆的研究进展 [J]. 材料导报 , 2024, 38(10): 22110194.
[34] 孙小炎 . 螺栓氢脆问题研究 [J]. 航天标准化 , 2007(2): 1-9.
[35] 杨智清 , 曹玲玲 . 高强度紧固件电镀中的氢脆问题分析 [J]. 汽车工程师 , 2018(10): 55-57.
[36] 刘晨洋 , 任英 , 任强 , 等 . 电流密度对 DH980 高强钢氢扩散及氢脆行为的影响 [J]. 钢铁研究学报 , 2023, 35(11): 1394-1401.
[37] 张璞 . 浅谈氢脆与镀前消除应力和镀后除氢处理 [J]. 电镀与环保 , 2005, 25(6): 11-12.
[38] Robertson I M. The effect of hydrogen on dislocation dynamics[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2001, 68(6): 671-692.
[39] 杨志业 , 王进军 , 胡遐林 , 等 . 槽液成分对碱性镀锌镍氢脆性能的影响研究 [J]. 材料保护 , 2022, 55(10): 143-146.
[40] 李博 , 赵金航 , 肖细军 . 电镀锌 - 镍合金替代镀镉、镀镉 - 钛工艺研究 [J]. 电镀与精饰 , 2020, 42(3):43-46.
[41] 郭强 , 白鹏英 , 孟庆保 , 等 . 电镀锌镍合金与热渗锌涂层热带海洋大气环境腐蚀规律对比分析 [J]. 装备环境工程 , 2023, 20(7): 127-134.
[42] 日野実 , 向井駿介 , 島田丈寛 , 等 . 硫酸浴 から 各種亜鉛系 めっきされた 高強度鋼 の 水素脆性 に 及 ぼすベーキングの 効果 [J]. 日本金属学会誌 , 2020, 84(3): 87-91.
[43] 王荣 , 王有智 , 杨权刚 . 应力环在氢脆控制试验中的应用 [J]. 理化检验 ( 物理分册 ), 2003, 39(12): 623-625.
[44] 李金桂 . 电镀氢脆故障及应对措施 [J]. 材料保护 , 2006, 39(8): 51-53, 73.
[45] 张昕 , 孔德新 , 刘宪伟 . 对电镀中氢脆现象的研究与探讨 [J]. 价值工程 , 2015, 34(25): 90-91.
[46] 李博 . 控制超高强度钢零件电镀渗氢 , 预防氢脆发生的方法 [J]. 新技术新工艺 , 2015(9): 100-102.
[47] Aiello F, Beghini M, Belardini C M, et al. Proposal of a hydrogen embrittlement index for a martensitic advanced high-strength steel[J]. Corrosion Science, 2023, 222: 111357.
[48] 日野実 , 土居悠帆 , 桑野亮一 , 等 . 無電解 Ni-P めっきによる 高強度鋼 の 水素脆性 に 及 ぼす P 含有量 の 影響 [J]. 日本金属学会誌 , 2020, 81(3): 80-86.
[49] 大村朋彦 . めっきや 腐食生成物 による 水素侵入抑制作用 とその 機構 [J]. 表面技术 , 2020, 71(5): 24-30.
备注/Memo
收稿日期: 2023-12-27 修回日期: 2024-02-01 作者简介: 向可友( 1966 ―),男,硕士,高级工程师,研究方向为功能材料的表面处理, email : xiangkeyou@mstzh.com * 通信作者: 刘慧丛, email : liuhc18@163.com 基金项目: 国家重点研发计划( 2023YFB3408200 )?/html>