電気めっきプロセスには水素発生反応が伴います。基板への水素の浸透は、高強度ファスナーの破損の高いリスクを引き起こし、多くの場合、組み立て後の「遅れ破壊」につながります。これは、エンジニアリング環境で予測することが難しいことで知られる品質問題です。セルフクリンチングスクリューの場合、取り付けプロセスにより、ロックゾーンに残留圧縮応力が生じます。電気めっきによる水素脆化のリスクと組み合わせると、負荷がかかると部品が脆性破壊しやすくなります。このような障害はすぐには発生しません。代わりに、通常は組み立てから数時間後に現れます。
水素脆化のメカニズムには、水素原子が金属内に拡散し、応力集中領域に向かって移動することが含まれます。材料の欠陥では、これらの原子が結合して水素分子を形成し、内部圧力が発生します。この内部圧力に、板金からの残留応力と外部操作荷重が加わり、材料の降伏強度を超えると、破壊が発生します。鋼中の水素原子の拡散には時間がかかるため、これが遅れ破壊の根本的な原因となります。さらに、亜鉛およびカドミウムのコーティングは水素の流出を妨げる障壁として機能するため、脱水素化の管理がより困難になります。ベーキングベースの脱水素処理の温度範囲は慎重にバランスを取る必要があります。基材からの水素の放出を促進するのに十分な温度範囲である必要がありますが、材料の硬度の低下やコーティングの特性の低下を避けるために十分に低い温度でなければなりません。
エンジニアリングの実践では、水素侵入のリスクは 3 つの主要なアプローチによって軽減できます。セルフクリンチ リベッティング ネジおよび同様の留め具の場合、前処理中に錆を除去するためにサンドブラストが推奨されます。酸洗いを使用する場合は、酸溶液に腐食防止剤を添加する必要があります。脱脂には、化学的または溶剤ベースの方法が推奨されます。電気化学的脱脂を使用する場合は、陰極洗浄に続いて陽極洗浄を行う必要があります。電気めっきプロセス自体に関しては、アルカリめっき浴または高電流効率浴を使用すると、水素の発生が少なくなります。さらに、耐食性要件が満たされていれば、水素の溶解度が低いコーティング システムを選択することもできます。
めっき前の応力除去とめっき後のベーキングによる脱水素処理が標準的な管理手段です。焼き入れまたは溶接を受けた部品の場合、めっきプロセスを開始する前に、焼き戻しによって内部応力を緩和する必要があります。電気メッキ後、水素は基板の奥深くまで移動し続けます。業界標準では、めっき後 1 時間以内に脆化除去 (水素除去) プロセスを開始することを推奨しています。最大許容遅延時間は 3 時間です。標準的なベーキング温度は 150 度から 300 度の範囲で、保持時間は 2 ～ 24 時間です。これらのパラメータは、部品の寸法、基板の強度、めっきの種類に基づいて調整する必要があります。亜鉛めっき部品の場合、一般的なベーキング範囲は 110 度から 220 度ですが、カドミウムめっき部品の場合、カドミウムによる脆化を防ぐため、上限温度は通常 180 度から 200 度と低くなります。
材料の硬度は、水素脆化に対する感受性の直接的な指標として機能します。セルフクリンチングナベネジやその他の鋼製ファスナーの場合、鋼の硬度が HRC 38 に近づくと、水素による破壊のリスクが高まり始めます。硬度が HRC 43 を超える部品には、めっき後の脆化処理が必要ですが、硬度が HRC 60 に近い部品には、表面処理後すぐに焼き付けを行う必要があります。硬度に加えて、部品の安全分類、断面寸法、応力集中 (ノッチ)、めっきの種類、負荷条件、以前の故障履歴など、他の要素も評価する必要があります。高い引張応力にさらされた部品は、純粋に圧縮応力を受けた部品と比較して、水素脆化のリスクが大幅に高くなります。
セルフクリンチングボルトの場合、トルクアウト試験やプッシュアウト試験以外のエンジニアリング検証には、水素脆化の評価、特に水素によるシート材料の亀裂と裂けの区別を含める必要があります。調達およびプロセスのレビュー段階では、シートの材質、硬度、電気めっきプロセス、および脆化パラメータを指定することが重要です。スレッドの仕様のみに基づいて選択しないでください。水素による亀裂がすでに発生している場合、水素は深部の欠陥に拡散し、焼成では元の靭性を回復できなくなります。そのような部品は廃棄する必要があります。
万一の場合には、セルフクリンチングコンプレッションスクリュー破壊の場合、最初のステップは、電気めっき (水素吸収) および脆化解除プロトコルへの準拠を確認することです。次に、取り付け（圧入）力の調整だけではなく、取り付けの同軸度、シート材の硬さ、穴径などを確認してください。組み立てられたジョイントの長期安定性を確保するために、シート材料のグレード、熱処理条件、またはめっきの種類が変更されるたびに、表面処理および脆化解除プロトコル全体を再検証する必要があります。
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