紧固件表面处理工艺选择与简介(一)

    1、紧固件表面处理工艺选择

           选择何种表面处理,是每一个设计者都面临的问题。可选择的表面处理类型很多,但原则只有一个”经济、实用”。

      由于几乎所有商业紧固件都是由碳钢、合金钢制成,一般的紧固件都希望能防止腐蚀,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。

      一名高水平的设计者,不仅应考虑设计,还因注意到装配的工艺性,甚至环保要求。

      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

      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。

    紧固件表面处理-电镀锌-冷镀锌处理

    磷化

      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。

    氧化(发黑)

      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。

    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15~100μm,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

      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

      不存在氢脆问题,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。

    紧固件表面处理-达克罗处理


    紧固件表面处理常用工艺简介---电镀锌

    1. 镀前处理分类

    紧固件表面处理-电镀锌工艺流程图解

           电化学除油:也叫电解除油,将零件置于阴极或阳极上,通以直流电在电流的作用下,使油与溶液界面的表面张力大大的降低,并且产生的氧气对表面的附着物具有强烈的撕裂作用。

      电化学除油按工件性分阴极法与阳极法,还有阴阳极联合法,阴极法除油效果效率比阳极法高,基体不受腐蚀,但容易渗氢,适用于铝锌锡铅铜等有色金属及合金件除油,阳极除油效率比阴极低,对有色金属腐蚀大,适用于高碳钢、弹性材料零件。

    化学除锈:化学除锈多采用酸性溶液,因而又叫酸洗,又称为侵蚀,分强侵蚀,弱侵蚀(活化)

    2. 镀前处理流程

     

    3. 镀锌工艺简介

    氯化钾镀锌的工艺特点:

      氯化钾镀锌对零件材料的适镀性铰广,电流效率高,很适宜于紧固件的滚镀生产。另外,氯化钾镀锌可允许较宽的电流密度,并且镀液稳定,不含络合物,废水处理简单。因此大部厂家都采用氯化钾镀锌工艺。

    4. 操作要点

    1)零件的装载量及电流的控制:

      产品的大小、长短各异,而且相差较大,为了便于操作,适应工艺要求,特别规定了产品装载量:各种规格产品都以上圆为30厘米,下圆为25厘米,高25厘米的锥形水桶,装满4桶为一个电镀槽(即3个滚桶)的装载量。再根据此量计算得出各种零件的总表面积,然后乘以工艺要求的电流密度,确定零件镀锌的电流范围,各规格产品的电流控制详见附表,以供参考。

    参考附件:标准件镀锌电流对照表


    2)镀层厚度与电镀时间的控制

    在产品的装载量和电流大小都控制在一定值时,镀层厚度只取决于电镀时间的长短。时间越长镀层厚度越厚。镀层厚度要求与时间的控制如下表:

    电镀锌镀层厚度与时间控制


    3)光亮剂的添加

      为了获得光亮的镀层,在每班要加入光亮剂和柔软剂。添加时以5-10倍的水稀释加入。光亮剂加入太少会得不到光亮、理想的镀层;如果加入过多,就会引起镀层发脆、疏松,甚至因光亮过量而析出有机杂物,夹附于镀层,导致镀层起泡、脱皮。光亮剂添加量与通电时间、电流大小成正比,以消耗量60-120ml/KAh的范围内适量添加。每班以4小时计:加柔软剂200ml,光亮剂1000ml。

    5. 镀液的维护

      a) 氯化钾镀液较稳定,槽液成份单班生产时每周化验一次,两班生产时三天分析一次,根据分析结果作必要的补充。并作好镀液工艺检查记录。

      b) 每班测量一次镀液的PH值,PH上升可用稀盐酸调整至5-6,并检查锌板消耗情况,并及时补充。

      c) 每天下班前都要吸捞槽底的金属物,防止金属溶于溶液影响其性能和镀层的质量。

      d) 定期进行大处理,一般规定为1-2个月处理一次,并作好镀液工艺检查记录。

    6. 镀(锌)后工艺简介

      零件在酸洗、阴极电解除油及电镀过程中都有可能在镀层和基体金属的晶格中渗氢,造成晶格扭曲,内应力增大,产生脆性称为氢脆。

    除氢处理

      为了消除氢脆,一般采用镀后热处理,使氢逸出。温度越高时间越长,除氢越彻底,但超过250℃锌结晶组织将变形,发脆,耐蚀性明显下降。实践温度:200±10 ℃,不同标准件产品除氢工艺见下表:
    零件名称


    *注意:镀后四小内进行,炉温均匀一致

    钝化处理

    a. 锌的化性质活泼,在空气中很容易氧化变暗,生成“白锈”腐蚀。镀锌后经铬酸盐处理,可以在锌层上生成一层化学转化膜,使活泼的金属锌处于钝态,这层厚度小于0.5UM的铬酸薄膜,能使镀锌层的耐腐蚀能力提高6-8陪。并赋予美丽的装饰外观和抗污染能力。

    b. 钝化液深度分三种:高中低,为满足不同客户的要求,钝花色泽分为兰白、五彩、黑色、军绿色、金黄色、三价兰白和三价五彩等。

    铬酸纯化盐三要素

      钝化配方虽然很多,但任何有实用价值的配方必须包括主盐、活化剂和一定的氢离子浓度。

    注意事项

      (1)镀层质量要求细致、光泽较好。因低浓度钝化液无化学抛光能力,故必须保持锌镀层的质量一致。

      (2)钝化温度以15℃~35℃最好。温度低,成膜慢,色淡膜薄;温度高,膜厚而疏松,附着不牢。自动线生产最好控制在25℃左右,以确保在一定时间内获得同一色彩。

    钝化时间

      依主盐浓度、pH值、活化剂浓度和温度而定。自动线尤其要保持上述因素在规范范围内。在其他条件相同时,夏季钝化时间相应缩短;冬季则适当延长。

      (1)钝化时零件与钝化液要相对运动,有利于溶液的对流扩散,防止零件粘叠,使膜层均匀一致。自动线上钝化一定要用压缩空气剧烈搅拌。

      (2)清洗一定要彻底,热水的温度应不超过50℃,否则易掉膜。

      (3)彩色钝化一定要经烘烤老化,以提高膜层的附着力和耐蚀性能。但老化温度不得超过65℃。温度高时膜层脱水开裂,耐蚀性明显降低。采用红外线干燥时除注意温度外,老化时间也不得超过15min,否则耐蚀性也下降。

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