هل تساءلت يومًا لماذا تنكسر بعض الأجزاء المعدنية فجأة حتى في الظروف العادية؟ تشكّل هذه الظاهرة، المعروفة باسم التقصف الهيدروجيني، خطراً كبيراً في مختلف الصناعات. يستكشف مقالنا كيفية تغلغل الهيدروجين في المعادن أثناء عمليات مثل الطلاء الكهربائي، مما يؤدي إلى أعطال غير متوقعة. من خلال فهم الآليات الكامنة وراء هذه المشكلة وتنفيذ تدابير وقائية، يمكنك تعزيز متانة وسلامة المكونات المعدنية الخاصة بك. تعمّق في دليلنا لمعرفة الحلول العملية لمكافحة التقصف الهيدروجيني.
يوجد في كل محلول طلاء كهربائي وجود أيونات الهيدروجين نتيجة تفكك جزيئات الماء.
ونتيجة لذلك، أثناء عملية الطلاء، يتم ترسيب المعدن من القطب السالب (التفاعل الرئيسي) ويتم ترسيب الهيدروجين أيضًا (التفاعل الجانبي).
وللتطور الهيدروجيني تأثيرات متعددة، حيث يعد التقصف الهيدروجيني أهم هذه التأثيرات.
يعد التقصف الهيدروجيني خطرًا رئيسيًا على الجودة في معالجة السطح ويمكن أن يؤدي إلى كسر الأجزاء أثناء الاستخدام، مما يتسبب في وقوع حوادث خطيرة.
من الضروري لفنيي المعالجة السطحية أن يكون لديهم فهم شامل لتقنيات منع التقصف الهيدروجيني والقضاء عليه من أجل تقليل آثاره.
يظهر التقصف الهيدروجيني عادةً على شكل كسر متأخر تحت الضغط.
من المعروف أن الأجزاء المجلفنة، مثل نوابض السيارات، والغسالات، والبراغي، ونوابض الأوراق، قد تكسر بعد ساعات قليلة من التجميع بمعدل كسر يتراوح بين 40% إلى 50%.
في حالة المنتج الخاص الذي يحتوي على أجزاء مطلية بالكادميوم، تعرضت إحدى الدفعات لتشققات وكسور.
تم إجراء تحقيق على مستوى الدولة، وتم إنشاء عملية صارمة لإزالة الهيدروجين.
وبالإضافة إلى ذلك، لا تؤدي بعض حالات التقصف الهيدروجيني إلى حدوث كسر متأخر.
على سبيل المثال، يمكن أن تتخلل شماعات الطلاء المصنوعة من أسلاك الفولاذ والأسلاك النحاسية بالهيدروجين بسبب تكرار الطلاء الكهربائي والتخليل والتخليل، مما يؤدي إلى كسر هش بعد استخدام واحد فقط.
وبالمثل، يمكن أن ينكسر القضيب الأساسي المستخدم في التشكيل الدقيق لبنادق الصيد بعد عدة الطلاء بالكروم العمليات.
في بعض الحالات، يتم إخماد الأجزاء المروية ذات الإجهاد الداخلي يمكن أن تتشقق أثناء التخليل، بسبب تغلغل الهيدروجين بشكل خطير. يمكن أن تحدث هذه التشققات بدون إجهاد خارجي، ولا يمكن استعادة الصلابة الأصلية عن طريق إزالة الهيدروجين.
ينجم حدوث الكسر المتأخر عن انتشار وتراكم الهيدروجين في الأجزاء، وتحديدًا في مناطق تركز الإجهاد التي عيوب معدنيةمثل خلخلة الشبكة الذرية أو الثقوب.
وعندما ينتشر الهيدروجين إلى هذه العيوب، تتحد ذرات الهيدروجين لتكوين جزيئات الهيدروجين التي تولد ضغطًا عاليًا.
يخلق هذا الضغط قوة مع الإجهاد المتبقي داخل المادة والضغط الخارجي على المادة.
إذا تجاوزت القوة الناتجة قوة الخضوع من المادة، فسوف تنكسر.
تعتمد سرعة انتشار الهيدروجين، وبالتالي حدوث التقصف الهيدروجيني، على تدرج التركيز ودرجة الحرارة ونوع المادة.
تكون المواد ذات أنصاف الأقطار الذرية الصغيرة، مثل الصلب والنحاس، أكثر عرضة لانتشار الهيدروجين، بينما يصعب انتشار الهيدروجين في الكادميوم والقصدير والزنك وسبائكها.
إن طبقة الطلاء بالكادميوم مقاومة بشكل خاص لانتشار الهيدروجين، حيث يبقى الهيدروجين المتولد أثناء الطلاء بالكادميوم في طبقة الطلاء والطبقة السطحية المعدنية تحتها، مما يجعل من الصعب انتشاره إلى الخارج وإزالته.
وبمرور الوقت، ينتشر الهيدروجين في المعدن ويمكن أن يدخل في العيوب داخل المعدن، مما يجعل من الصعب إزالته.
يكون انتشار الهيدروجين بطيئًا في درجات الحرارة العادية ويجب تسخينه لإزالته.
كلما زادت درجة الحرارة، تزداد أيضًا قابلية ذوبان الهيدروجين في الفولاذ.
ومع ذلك، فإن درجة الحرارة المرتفعة للغاية يمكن أن تقلل من صلابة المادة.
من المهم مراعاة درجة الحرارة لإزالة الإجهاد قبل الطلاء وإزالة الهيدروجين بعد الطلاء، حتى لا تقلل من صلابة المادة، وتجنب درجة حرارة التقسية الهشة لبعض أنواع الفولاذ، والحفاظ على أداء الطلاء.
في عملية إزالة الصدأ والقشور، يجب استخدام السفع الرملي قدر الإمكان.
في حالة الحاجة إلى الغسيل الحمضي، يجب إضافة مثبط تآكل مثل الروتين إلى المحلول.
لإزالة الزيت، يجب استخدام مواد كيميائية لإزالة الزيت، أو مواد تنظيف أو مذيبات ذات نفاذية منخفضة للهيدروجين.
في حالة اختيار إزالة الزيت الكهروكيميائية يجب أن يتبع الكاثود الأنود.
في الطلاء الكهربائي، تكون كمية تغلغل الهيدروجين منخفضة في محاليل الطلاء القلوية أو المحاليل ذات الكفاءة العالية للتيار.
من المتعارف عليه على نطاق واسع أنه عند الطلاء الكهربائي بالكروم والزنك والزنك والكدن والنيكل والنيكل والسن والرصاص، يمكن للهيدروجين أن يتغلغل بسهولة في الأجزاء الفولاذية، في حين أن الطلاءات المصنوعة من معادن مثل النحاس والمو والآل والأغ والذهن والفلزات تتميز بانتشار منخفض للهيدروجين وقابلية ذوبان منخفضة للهيدروجين، مما يؤدي إلى نفاذ أقل للهيدروجين.
عند استيفاء المتطلبات الفنية للمنتج، يمكن استخدام الطلاءات التي لا تسبب نفاذية الهيدروجين.
على سبيل المثال، يمكن استخدام طلاء Dacromet كبديل لطلاء الزنك، دون التسبب في تقصف الهيدروجين.
يوفر هذا الطلاء مقاومة محسّنة للتآكل تتراوح بين 7 و10 أضعاف، كما يتميز بالالتصاق الجيد.
يشبه سمك الغشاء 6-8 ميكرومتر سمك طلاء الزنك الرقيق ولن يؤثر على التجميع.
إذا كانت الأجزاء التي تحتوي على الإجهاد المتبقي بعد عملية التبريد أو اللحام أو غيرها من العمليات، يجب إجراء المعالجة بالتلطيف قبل الطلاء لتقليل خطر تغلغل الهيدروجين.
بشكل عام، يجب إزالة الهيدروجين من الأجزاء ذات النفاذية العالية للهيدروجين أثناء الطلاء في أقرب وقت ممكن، حيث سيستمر الهيدروجين في طبقة الطلاء والمعدن الأساسي السطحي في الانتشار في مصفوفة الفولاذ بمرور الوقت.
تنص مسودة المعايير الدولية على أن المعالجة بنزع الهيدروجين يجب أن تتم في غضون ساعة واحدة من الطلاء، ولكن في موعد لا يتجاوز 3 ساعات.
هناك أيضًا معايير مماثلة في الصين فيما يتعلق بنزع الهيدروجين قبل الجلفنة وبعدها.
عادةً ما يتم تحقيق إزالة الهيدروجين بعد الطلاء من خلال التسخين والخبز، مع درجة حرارة تتراوح بين 150-300 درجة مئوية والعزل لمدة 2-24 ساعة.
يجب تحديد درجة الحرارة والوقت المحددين للمعالجة بناءً على حجم الأجزاء وقوتها وخصائص الطلاء ووقت الطلاء.
يتم إجراء عملية نزع الهيدروجين عادةً في فرن، حيث تتراوح درجة الحرارة للأجزاء المجلفنة بين 110-220 درجة مئوية، ويجب التحكم في درجة الحرارة بناءً على المادة الأساسية.
بالنسبة للمواد المرنة، والأجزاء ذات الجدران الرقيقة الأقل من 0.5 مم، والأجزاء الفولاذية ذات المتطلبات الميكانيكية العالية، يجب إجراء معالجة إزالة الهيدروجين بعد الجلفنة.
ولمنع "التقصف بالكادميوم"، يجب ألا تكون درجة حرارة نزع الهيدروجين للأجزاء المطلية بالكادميوم عالية جدًا، وعادةً ما تتراوح بين 180-200 درجة مئوية.
تزداد الحساسية للتقصف الهيدروجيني مع زيادة قوة المادة، وهو مفهوم أساسي يجب أن يفهمه فنيو المعالجة السطحية عند إعداد مواصفات عملية الطلاء الكهربائي.
تتطلب المعايير الدولية أن يخضع الفولاذ ذو قوة الشد σb > 105 كجم/مم2 لإزالة الإجهاد قبل الطلاء ومعالجة إزالة الهيدروجين بعد الطلاء.
تتطلب صناعة الطيران الفرنسية المعالجة بإزالة الهيدروجين المقابلة للأجزاء الفولاذية ذات قوة الخضوع σs > 90 كجم/مم2.
نظرًا لوجود علاقة قوية بين القوة والصلابة من الفولاذ، من الأسهل الحكم على حساسية المواد للتقصف الهيدروجيني من خلال صلابتها أكثر من قوتها.
عادة ما تتضمن رسومات المنتج وعمليات التصنيع الآلي عادةً ما يلي صلابة الفولاذمما يجعلها أكثر ملاءمة للتقييم.
في الطلاء الكهربائي، لوحظ أن الفولاذ الذي تصل صلابته إلى HRC38 تقريبًا يبدأ في إظهار خطر حدوث كسر التقصف الهيدروجيني.
بالنسبة للأجزاء ذات الصلابة الأكبر من HRC43، يجب مراعاة إزالة الهيدروجين بعد الطلاء.
إذا كانت الصلابة حوالي HRC60، يجب إجراء المعالجة بالهيدروجين مباشرةً بعد المعالجة السطحية، وإلا ستتشقق الأجزاء الفولاذية في غضون ساعات قليلة.
بالإضافة إلى صلابة الفولاذ، يجب أيضًا مراعاة العوامل التالية:
إزالة التقصف الهيدروجين
المشكلة الرئيسية هي ظاهرة "الهدرجة" التي تحدث في عملية الطلاء الكهربائي. إن المنتجات غير المؤهلة التي تستخدمها ليست بالضرورة نتيجة لعملية الطلاء بالكهرباء نفسها، حيث أن معظم طرق الطلاء بالكهرباء (باستثناء الطلاء بالتفريغ) ستسبب هدرجة في المعدن.
ومع ذلك، فإن العديد من معالجة سطح المعدن تحذف المنشآت الخطوة الأخيرة، وتحديدًا عملية "نزع الهيدروجين" لتوفير تكاليف الإنتاج. تنطوي هذه العملية، وهي ضرورية للأجزاء المعدنية ذات متطلبات القوة، على تسخين الأجزاء إلى درجة حرارة عالية تتراوح بين 120 و220 درجة مئوية لمدة تتراوح بين ساعة وساعتين بعد الطلاء الكهربائي.
إذا كان المستخدم غير مدرك أو لم يطلب هذه العملية أو لم يقبلها، يمكن أن يوفر 5-15% من التكلفة. وقد يؤدي ذلك إلى "هشاشة" البراغي المطلية والوسادات الزنبركية والأجزاء الأخرى.
يجب التحكم في الظروف المحددة لمعالجة نزع الهيدروجين وفقًا لمتطلبات الأجزاء.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR