腐蝕與劣化
氫脆(hydrogen embrittlement)
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一根強韌的鋼螺栓可能在鎖緊後幾小時或幾天,在它一開始毫無怨言承受的負載下,像玻璃一樣碎裂——沒有明顯腐蝕、沒有預警。元凶往往是氫:一個個小到能擠進金屬原子之間的氫原子,滲入鋼中並奪走它的韌性,使它在本應輕鬆承受的應力下以脆性方式失效。這是一種從內部對金屬下的毒。
氫從哪來?原子氫是由平常的製程在金屬表面直接產生的——酸洗、電鍍、用潮濕銲條銲接、腐蝕本身的陰極反應,或過度激烈的陰極保護。作為最小的原子,它擴散進晶格、聚集在高應力點、裂縫尖端與內部界面。一旦在那裡濃集,它就削弱原子鍵、並釘住或纏住原本讓金屬溫和變形的差排,於是金屬不再彎曲、而是開裂。高強度鋼最脆弱——大致上鋼越硬越強,就越容易受害——這是個殘酷的諷刺,因為最強的扣件正是那些會斷的。失效通常延遲出現,要等氫有時間遷移並堆積之後才發生。
它是應力腐蝕開裂的近親、兩者也有重疊,但重點不同:這裡的壞蛋是氫進入金屬,而非金屬溶解流失。防護之道旨在把氫擋在外面或讓它跑出來:避免或謹慎控制酸洗與電鍍、採用低氫銲接工法與乾燥銲條,並把鍍過的高強度零件在攝氏兩三百度「烘烤」數小時,讓被困的氫在造成傷害之前擴散出去。選用強度略低、韌性較佳的鋼,往往是最可靠的解方。
非常高強度、鍍鎘或鍍鋅的鋼螺栓曾在安裝後於使用中失效,因為電鍍步驟把氫灌了進去;標準對策是鍍後烘烤(例如約 190 到 220 度 C、烘數小時),在螺栓受載之前把氫趕出來。
鍍後烘烤不是可有可無的修飾;對高強度鋼而言,它是防止延遲脆性斷裂的安全步驟。
氫脆常常看不到任何腐蝕痕跡,而且只需極少量的氫,因此一個零件看起來、測起來都像正常金屬,卻已埋下開裂的隱患——而且與應力腐蝕開裂不同,只要在裂縫形成前烘烤,它可能是可逆的。
又称
另见