【技研】紧固件表面处理的9种方法汇总

目前紧固件基本都是由碳钢、合金钢制成，也有一些企业开始采用不锈钢材质，而且一般都防腐蚀、美观的要求，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。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。今天我们就说说目前紧固件表面处理的方式。

紧固件腐蚀图

紧固件的表面处理是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程，其目的是赋以工件表面美观、防腐蚀的效果，其处理方法类别可分为电镀（将接受电镀的部件浸于含有被沉积金属化合物的水溶液中，以电流通过镀液）热浸镀锌（通过将碳钢部件浸没温度约为510℃的溶化锌的镀槽内完成）机械镀（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）一般螺丝多采用电镀方式，但用在电力、高速公路等室外的六角木螺钉等多用热浸锌；电镀的成本一般每公斤为0.6—0.8元，热浸锌一般为1.5—2元/公斤，成本较高。下面一起具体了解一下各种紧固件表面处理方法。

电镀锌

电镀锌是紧固件最常用的镀层。具有成本低、外观好的特点，颜色有黑色、军绿色。但是它的防腐性能一般,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与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。为了改善扭矩与预紧力一致性,也可采用镀后涂覆润滑物质的方法改善和提高扭矩与预紧力一致性。

      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。

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

氢脆：

     电镀锌加工过程易产生氢脆，那么氢脆是什么原理呢？是因为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。

磷化

磷化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。因为它扭矩与预紧力一致性很好,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。

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。

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。

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。

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。

热浸锌

热浸锌为锌加热到液体下热扩散涂层。其镀层厚度在15~10μm,并且不易控制,但搞腐蚀性好,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。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。

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。

达克罗

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。

 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。不存在氢脆问题,并且扭矩与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。

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

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。

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。

氧化发黑/发蓝

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。但是发黑防锈能力较差,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。发黑的紧固件扭矩与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。

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

总结

本文主要介绍了九种紧固件表面处理方法，在生产应用过程中因为成本、使用区域、技术特点等来选用不同的表面处理方法。(欢迎大家留言指正）