紧固件表面处理方法

2015年08月04日

由于大部分紧固件都是由碳钢、合金钢制成,为了更好的防止紧固件腐蚀,对紧固件做表面防腐处理是一种有效的方法。即使使用防腐蚀材料的紧固件,仍然需要表面处理来防止不同材料的腐蚀。此外,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。对于螺纹紧固件,镀层还需足够薄,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。对于表面处理,人们一般关注的是美观和防腐,但紧固件的主要功能是紧固零部件,而表面处理对紧固件的紧固性能也有很大的影响,所以,选择表面处理时,也应考虑紧固性能的因素,即安装扭矩—预紧力的一致性。下面根据上述因素简要介绍一些紧固件常用的表面处理方法:

一.电镀锌

电镀锌是紧固件中最常用的镀层。与其他金属相比,锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属,属低值防蚀电镀层.被广泛用于保护钢铁件,特别是防止大气腐蚀.镀覆技术包括槽镀(或挂镀)、滚镀(适合小零件).电镀锌根据颜色不同一般分为彩锌、蓝白锌、白锌、黑锌等。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。一般建议的经济电镀镀层厚度为4~12um。

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。

国内紧固件常用的电镀溶液可分为以下几类:

(一)氰化物镀锌;采用此工艺电镀后,产品质量好,特别是彩镀,经钝化后色彩保持好。

(二)锌酸盐镀锌;此工艺是由氰化物镀锌演化而来的,采用此工艺,镀层晶格结构为柱状,耐腐蚀性好,适合彩色镀锌。

(三)氯化物镀锌;此工艺在电镀行业应用比较广泛,所占比例高达40%。此工艺适合于白色钝化(兰白,银白).在客户无特殊要求时,最好是选择银白钝化(色泽保持较稳定)。

二. 热浸锌

热浸锌是将被镀金属(基体)材料经预处理后,浸入液态金属锌中,从而在金属表面镀覆上一层具有保护性的锌镀层,其镀层厚度在15~100μm,并且不易控制,但抗腐蚀性好,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。标准的平均厚度为54 um,最小厚度为43 um。

由于镀层厚,在紧固件中引发了内外螺纹难以旋合的问题。解决此问题有两种方法。一种是在镀后再攻内螺纹,虽然解决了螺纹旋合的问题。但也降低了防腐性能。一种是在螺母攻丝时,使螺纹大于标准纹约有0.16~0.75mm(M5~M30),然后再热浸锌这样虽然也可解决旋合难题,但付出了强度降低的代价。目前,有一种防松螺纹——美国“施必牢”内螺纹可以解决此难题。因其内螺纹与外螺纹未紧固时容隙大,可以用于容得下厚的涂层,所以不影响旋合性,同时防腐性能和强度亦保持原样,不受影响。

因热浸锌加工的温度原因,它不能用于10.9级以上的紧固件。

三. 机械镀锌

通过镀层金属的微粒来冲击产品表面,并将涂层冷焊到产品的表面上的工艺称为机械镀。与电镀相比,当镀层厚度小于12.5μm时,电镀成本比机械镀稍占优势,但差异不大。随着镀层厚度的增加,机械镀的优势逐渐显露

四.磷化

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,耐磨性镀锌较好。它的使用温度可达华氏225度到400度(107~204℃)。

工业用紧固件很多用磷化涂油处理。因为它扭矩—预紧力一致性很好,装配时能保证达到设计所预期的紧固要求,所以在工业中使用较多。特别是一些重要零部件的连接。如,钢结构连接副,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。

五.氧化(发黑)与煮黑

发黑又发蓝,工件在空气、水蒸气或化学药物的溶液中在室温或加热到适当温度,在工件表面形成一层蓝色或黑色氧化膜,以改善其耐蚀性和外观的表面处理工艺。机械制造上常用NaOH溶液加热来对工件进行发黑处理,相对于镀锌镀铬成本较低,效果不错。发黑形成的黑色氧化膜,其厚度为0.5-1.5μm,抗腐蚀能力比其它化学膜低。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。

发黑的紧固件扭矩—预紧力一致性也很差。如需提高,可以在装配时在内处螺纹上涂抹油脂后再旋合。

煮黑是钢铁的表面氧化处理,现在工厂比较常用的有两种:碱基煮黑和酸基煮黑。碱基煮黑与酸基煮黑相比,价格低廉,但性能稍差,目前市场上常用的是碱基煮黑。发黑是老工艺,现在一般都煮黑。

六.电镀镉

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。

七.电镀铬

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。

八.镀银、镀镍
  银镀层既可以防腐蚀,又可以作为紧固件的固体润滑剂。由于成本原因,螺母使用镀银,螺栓不用,有时小螺栓也镀银。银在空气中失去光泽,但可以在华氏1600度下作用。所以,人们利用其耐高温和润滑的特性,用于在高温下工作的紧固件,以防止螺栓、螺母的氧化咬死。
  紧固件镀镍,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。

九.渗锌
  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。

 

十.达克罗

 

达克罗涂层具有环保无污染、高耐蚀性、高渗透性、无氢脆性、极好的耐热腐蚀性、极佳的附着力、优化了对铝电化学腐蚀的防护机能等优点,并且扭矩—预紧力一致性能很好。如不考虑六价铬的环保问题,它实际上最适用于高防腐要求的高强度紧固件。一般达克罗涂层可控制在6-8μm之间耐腐蚀性防护等级分为1、2、3级,在中性盐雾试验中出现红锈时间分别为240h、500h和1000h。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。

 

十一.特氟龙

 

特氟龙,学名聚四氟乙烯,英文缩写为PTFE,(俗称"塑料王"),商标名Teflon®,在中国,由于发音的缘故,“Teflon”这一商标又被称之为铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等等,皆为Teflon 的音译。聚四氟乙烯几乎不受药品侵蚀,能够承受除了熔融的碱金属,氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸(包括王水)、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用,可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀

 

十二.其他涂层

 

上述镀层之外,还有许多金属或非金属涂层。如美加力(MAGNI)、拉斯派特(RUSPERT)、耐美特(NanoMate)、美国TIODIZE公司的铝伏龙、钛伏龙。

 

来源:四川奥普金属制品有限公司
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