水素の脆弱性につながる要因

水素を生成する要因

水素を生成するさまざまな要因があります。 ファスナーの水素脆化障害のほとんどの場合、最も多くの要因は、製造中の酸洗いおよびその後の電気めっきプロセスに起因します。 水素脆化によるファスナーの故障の発生は、電気メッキされていないファスナーでは比較的まれです。

電気メッキの前に、ファスナーはアクティブな表面を必要とするので、化学的な洗浄が必要です。 洗浄プロセスでは、通常、脱脂にアルカリ性溶液を使用し、続いて酸酸洗いを行って、熱処理中に形成された酸化物スケールと錆を除去します。 酸洗いは、ファスナーの表面に大量の新生水素 (H) 原子を堆積させます。 酸性溶液に浸される時間は、部品の表面状態に依存するべきであり、浸漬時間は、阻害剤を使用して最小化されるべきである。 一部の水素原子は結合してH2分子を形成し、酸性溶液中に気泡として現れます。 いくつかの新生水素原子は、鋼材によって吸収される。 ファスナーが吸収できる水素の総量は、酸洗い時間と酸性溶液の化学的性質の影響を受けます。

次のステップは電気めっきであり、その間に保護金属元素 (Zn、Ni、Crなど) がイオン状態になり、電解質中のカソード反応によってファスナーに堆積します。 さらに、プロセスは、ファスナーによって吸収され得る水素を生成する。

▼ 図3: 电気メッキ

ファスナーの高引張応力領域への水素拡散

水素は、原子の形 (H) でスチールファスナーに分散されます。 スチール材料によって吸収された水素原子は非常に活性であり、ファスナー材料内で広く拡散することができる。 内部的には、水素原子は高引張応力領域に分離する傾向があり、時間の経過とともに、この領域の水素濃度は徐々に増加します。 隣接する2つの原子が再結合して欠陥で水素分子 (H2) を形成すると、それらを置換するために必要な応力が増加し、水素分子はそこにしっかりと根付きます。

粒界での水素の分離、介在物、破壊、およびその他の欠陥

前述のように、水素脆化によって引き起こされる骨折は、粒状構造で発生します。 内部的には、水素は粒子境界、介在物、割れ目、およびファスナーのその他の欠陥に分布する傾向があります。 時間が経つにつれて、水素は拡散によってファスナーのこれらの領域で徐々に増加します。

重要な水素濃度の達成

水素の濃度が高いほど、故障に対する臨界応力が低くなり、水素の濃度が低いほど、故障に対する臨界応力が高くなる。 遊離水素原子は、表面の欠陥、介在物、割れ目、およびファスナーの高引張応力の他の領域に拡散し、これらの領域の強度が低下します。 水素濃度と総応力が臨界点に達すると、割れ目が発生し、このプロセスは最終的にファスナーが故障するまで続きます。 最初の亀裂は通常、粒子内で発生し、次に粒界に発展します。 そこから、留め具が最終的に破損するまで、亀裂は粒界に沿って伝播します。

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