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紧固件表面处理:镀锌、磷化、发黑、镀铬该选哪一个?

  核心提示:由于紧固件的主要功能是紧固零部件,而且表面处理对其紧固性能也有很大的影响。

  几乎所有商业紧固件都是由碳钢、合金钢制成,而且一般都防腐蚀的要求,因此,表面处理的镀层必须附着牢固,不能在安装和卸下的过程中脱落。另一方面,对螺纹紧固件而言,镀层还要求足够薄,使得镀后螺纹仍能旋合。一般镀层的温度限制比紧固件材料要低,因此还需考虑紧固件所处的工作温度要求。

  表面处理的主要目的是美观和防腐。由于紧固件的主要功能是紧固零部件,而且表面处理对其紧固性能也有很大的影响。因此,在选择表面处理工艺时,要考虑紧固件的扭矩及预紧力一致性等因素。

  一名高水平的设计者,不仅要考虑结构设计和制造工艺,还要注意到装配的工艺性,甚至环保及经济性的要求。下面根据上述因素简要介绍一些紧固件常用的镀层,以供紧固件从业人员参考。

电镀锌
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  根据电镀液的不同,电镀锌主要分为四类:氰化物镀锌、氯化物镀锌、锌酸盐镀锌、硫酸盐镀锌。

  电镀锌是商业紧固件最常用的镀层。它比较便宜,外观也较好看,可以有黑色、军绿色。然而,它的防腐性能一般,其防腐性能是锌镀(涂)层中最低的。一般电镀锌中性盐雾试验在72小时之内,也有采用特殊封闭剂,使得中性盐雾试验达200小时以上,但价格贵,是一般镀锌的5~8倍。

  电镀锌加工过程易产生氢脆,所以10.9级以上的螺栓一般不采用镀锌的处理.虽然镀后可以用烘箱去氢,但因钝化膜在60℃以上时将遭破坏,因此去氢必须在电镀后钝化前进行。如此可操作性差,加工成本高。在现实中,一般生产厂不会主动去氢,除非特定客户的强制要求。

  电镀锌的紧固件扭矩—预紧力一致性较差,且不稳定,一般不用于于重要部位的连接。为了改善扭矩—预紧力一致性,也可采用镀后涂覆润滑物质的方法改善和提高扭矩—预紧力一致性。

  工艺流程:

  脱脂——热水洗——冷流水洗——强腐蚀——冷流水洗——弱腐蚀——冷流水洗——中和——冷流水洗——电解镀/化学镀——冷流水洗——镀后处理

  工艺照片:

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  氢脆:

  紧固件在生产过程中,尤其是在镀前的酸洗和随后的电镀过程中,表面吸收了氢原子,然后沉积的金属镀层也俘获了氢原子。当紧固件拧紧时,氢原子朝着应力集中部分转移,引起压力增高,到超过基体金属的强度,产生微小的表面破裂。随后活跃的氢原子很快渗入到新形成的裂纹中,这样的“压力——破裂——渗入”的循环一直持续到紧固件破裂。以上通常发生在第一次应力作用后几个小时之内。

  除氢工艺:

  除氢加热一般在温度190-230℃之间,时间4-24小时,并最好是在电镀后1小时且铬酸盐处理之前。

  磷化

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  磷化(phosphorization)是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜,膜层厚度一般为10-15微米,摩擦系数在0.05左右。

  磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。

  一项基本原则磷化相对镀锌便宜,耐腐蚀性能比镀锌差。磷化后应涂油,其耐腐蚀性能的高低与所涂油的性能有很大的关系。例如,磷化后涂一般的防锈油,中性盐雾试验也只有10~20小时。涂高档的防锈油,则可达72~96小时。但其价格是一般磷化涂油的2~3倍。

  紧固件磷化常用的两种,锌系磷化和锰系磷化。锌系磷化润滑性能比锰系磷化好,锰系磷化抗腐蚀性,耐磨性较镀锌好。它的使用温度可达华氏225度到400度(107~204℃)。特别是一些重要零部件的连接。如,发动机的连杆螺栓、螺母,缸盖、主轴承、飞轮螺栓,车轮螺栓螺母等。

  高强度螺栓采用磷化,还可以避免氢脆问题,所以在工业领域10.9级以上的螺栓一般采用磷化表面处理。

  磷化工艺类别

  根据性能不同可分为:除锈磷化工艺、耐磨减膜润滑磷化工艺、漆前磷化工艺。

  根据磷化膜体系分为:锌系、锌钙系、锌锰系、铁系、非晶相铁系。

  根据处理温度不同分为:常温磷化(不加温)、低温磷化(25-45℃)、中温磷化(60-70℃)、高温磷化(>80℃)

  工艺过程:

  除油除锈→水洗→表面调整活化——磷化→水洗——铬酸盐处理——烘干——涂油脂

  工业领域的磷化应用:

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氧化(发黑/发蓝)
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  发黑+涂油是工业紧固件很流行的镀层,因为它最便宜,并且在油耗尽之前看起来不错。由于发黑几乎无防锈能力,所以无油后它很快就会生锈。就是在有油状态下,其中性盐雾试验也只能达到3~5小时。

  发黑是化学表面处理的一种常用手段,原理是使金属表面产生一层厚度0.6~0.8微米的氧化膜(四氧化三铁),以隔绝空气,达到防锈目的。外观要求不高时可以采用发黑处理,钢制件的表面发黑处理,也有被称之为发蓝的。

  发黑处理常用的方法有传统的碱性加温发黑和出现较晚的常温发黑两种。但常温发黑工艺对于低碳钢的效果不太好。

  碱性发黑细分出来,又有一次发黑和两次发黑的区别。发黑液的主要成分是氢氧化钠和亚硝酸钠。发黑时所需温度的温度较大,大概在135-155℃之间都可以得到不错的表面,只是所需时间有些长短而已。

  工艺过程:

  装架清洗——碱水脱脂——水洗——酸洗——沸水洗——氧化发黑——水洗——皂化——水洗——吹干——浸热油——控油——检验——入库

电镀镉
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  镉镀层耐腐蚀性能很好,特别是在海洋性大气环境下的耐腐蚀性较其他表面处理好。电镀镉的加工过程中的废液处理费用大,成本高,其价格约是电镀锌的15~20倍。所以在一般行业不使用,只用于一些特定的环境。如,用于石油钻井平台和海航飞机用紧固件。

电镀铬

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  铬镀层在大气中很稳定,不易变色和失去光泽,硬度高耐磨性好。在紧固件上用铬镀层一般是作为装饰作用。在防腐性要求较高的工业领域很少使用,因为好的铬电镀紧固件与不锈钢同样昂贵,只是使用不锈钢强度不够时,才用镀铬紧固件代替。

  为了防止腐蚀,镀铬前应首先镀铜和镍。铬镀层可以承受华氏1200度(650℃)的高温。但也与电镀锌一样存在氢脆问题。

镀镍

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  通过电解或化学方法在金属或某些非金属上镀上一层镍的方法,称为镀镍。镀镍分电镀镍和化学镀镍。

  主要用于既要防腐,又要导电性好的地方。如车辆电瓶的引出端子等。

热浸锌

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  热浸锌为锌加热到液体下热扩散涂层。其镀层厚度在15~100μm,并且不易控制,但耐腐蚀性好,多用于工程中。热浸锌加工过程中污染严重,有锌废料和锌蒸汽等。

  由于镀层厚,在紧固件中引发了内外螺纹难以旋合的问题。因热浸锌加工的温度原因,(340-500C)它不能用于10.9级以上的紧固件。

渗锌
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  渗锌为锌粉固态冶金热扩散涂层。其均匀性好,螺纹、盲孔内都能获得均匀层。镀层厚度为10~110μm,并且误差可控制在10%。它与基体的结合强度和防腐性能在锌涂层中(电镀锌、热浸锌、达克罗)是最好的。其加工过程无污染,最环保。

达克罗

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  达克罗是DACROMET译音和缩写,简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层,是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型的防腐涂料。

  不存在氢脆问题,并且扭矩—预紧力一致性能很好。如不考虑价铬和环保问题,它实际上最适用于高防腐要求的高强度紧固件。

  达克罗具有极高的防腐蚀性,在中国国内正处在萌发阶段的清洁生产工艺和一种高新技术,被誉为国际表面处理行业具有划时代意义的新工艺。此工艺可以取代钢铁什电镀锌、镉、锌基合金、热浸镀锌、热喷锌、机械镀锌。

  工艺流程:

  有机溶剂除油——除锈/抛丸——浸涂/喷涂——甩干——预哄——烧结——冷却——检验——包装

  工艺照片:
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  优点:

  达克罗是一种新型的表面处理技术,与传统的电镀工艺相比,达克罗是一种“绿色电镀”。其优势有以下几点:
  1)超强的耐蚀性能
  2)无氢脆性
  3)高耐热性
  4)结合力及再涂性能好
  5)良好的渗透性
  6)无污染和公害

  缺陷:

  1)达克罗中含有对环境和人体有害的铬离子,尤其是六价铬离子具有致癌作用。
  2)达克罗的烧结温度较高、时间较长,能耗大。
  3)达克罗的表面硬度不高、耐磨性不好,而且达克罗涂层的制品不适合与铜、镁、镍和不锈钢的零部件接触与连接,因为它们会产生接触性腐蚀,影响制品表面质量及防腐性能。
  4)达克罗涂层的表面颜色单一,只有银白色和银灰色,不适合汽车发展个性化的需要。
  5)达克罗涂层的导电性能不是太好,因此不宜用于导电连接的零件,如电器的接地螺栓等。

  (来源:机械工程师,金蜘蛛紧固件网综合整理)

2020/1/8 10:49:00

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本文涉及话题: 技术 紧固件

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