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緊固件表面處理的選擇-熱處理展-工業爐展-2016第十七屆廣州國際熱處理、工業爐展覽會-中國效果最好的熱處理工業爐展--巨浪展覽—The 17th China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
2015年12月31日 熱處理展-工業爐展-heat treatment expo-furnace expo |
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由于幾乎所有商業緊固件都是由碳鋼、合金鋼制成，一些種類的緊固件希望能防止腐蝕，即使使用防腐蝕材料的緊固件，仍然需要表面處理來防止不同材料的腐蝕。此外，表面處理的鍍層必須附著牢固，不能在安裝和卸下的過程中脫落，對螺紋緊固件，鍍層還需足夠薄，使得鍍后螺紋仍能旋合。一般鍍層的溫度限制比緊固件材料要低，因此還需考慮緊固件所處的工作溫度要求。對于表面處理，人們一般關注的是美觀和防腐，但緊固件的主要功能是緊固零部件，而表面處理對緊固件的緊固性能也有很大的影響，所以，選擇表面處理時，也應考慮緊固性能的因素，即安裝扭矩—預緊力的一致性。一名高水平的設計者，不僅應考慮設計，還因注意到裝配的工藝性，甚至環保要求。下面根據上述因素簡要介紹一些緊固件常用的鍍層，以供設計人員和緊固件從業人員參考。
電鍍鋅
電鍍鋅是商業緊固件最常用的鍍層。它比較便宜，外觀也較好看，可以有黑色、軍綠色。然而，它的防腐性能一般，其防腐性能是鋅鍍（涂）層中最低的。一般電鍍鋅中性鹽霧試驗在72小時之內，也有采用特殊封閉劑，使得中性鹽霧試驗達200小時以上，但價格貴，是一般鍍鋅的5~8倍。
電鍍鋅加工過程易產生氫脆，所以10.9級以上的螺栓一般不采用鍍鋅的處理.雖然鍍后可以用烘箱去氫，但因鈍化膜在60℃以上時將遭破壞，因此去氫必須在電鍍后鈍化前進行。如此可操作性差，加工成本高。在現實中，一般生產廠不會主動去氫，除非特定客戶的強制要求。
電鍍鋅的緊固件扭矩—預緊力一致性較差，且不穩定，一般不用于于重要部位的連接。為了改善扭矩—預緊力一致性，也可采用鍍后涂覆潤滑物質的方法改善和提高扭矩—預緊力一致性。
磷化
磷化相對鍍鋅便宜，耐腐蝕性能比鍍鋅差。磷化后應涂油，其耐腐蝕性能的高低與所涂油的性能有很大的關系。例如，磷化后涂一般的防銹油，中性鹽霧試驗也只有10~20小時。涂高檔的防銹油，則可達72~96小時。但其價格是一般磷化涂油的2~3倍。
緊固件磷化常用的兩種，鋅系磷化和錳系磷化。鋅系磷化潤滑性能比錳系磷化好，錳系磷化抗腐蝕性，耐磨性鍍鋅較好。它的使用溫度可達華氏225度到400度（107~204℃）。
工業用緊固件很多用磷化涂油處理。因為它扭矩—預緊力一致性很好，裝配時能保證達到設計所預期的緊固要求，所以在工業中使用較多。特別是一些重要零部件的連接。如，鋼結構連接副，發動機的連桿螺栓、螺母，缸蓋、主軸承、飛輪螺栓，車輪螺栓螺母等。
高強度螺栓采用磷化，還可以避免氫脆問題，所以在工業領域10.9級以上的螺栓一般采用磷化表面處理。
氧化（發黑）
發黑+涂油是工業緊固件很流行的鍍層，因為它最便宜，并且在油耗盡之前看起來不錯。由于發黑幾乎無防銹能力，所以無油后它很快就會生銹。就是在有油狀態下，其中性鹽霧試驗也只能達到3~5小時。
發黑的緊固件扭矩—預緊力一致性也很差。如需提高，可以在裝配時在內處螺紋上涂抹油脂后再旋合。
電鍍鎘
鎘鍍層耐腐蝕性能很好，特別是在海洋性大氣環境下的耐腐蝕性較其他表面處理好。電鍍鎘的加工過程中的廢液處理費用大，成本高，其價格約是電鍍鋅的15~20倍。所以在一般行業不使用，只用于一些特定的環境。如，用于石油鉆井平臺和海航飛機用緊固件。
電鍍鉻
鉻鍍層在大氣中很穩定，不易變色和失去光澤，硬度高耐磨性好。在緊固件上用鉻鍍層一般是作為裝飾作用。在防腐性要求較高的工業領域很少使用，因為好的鉻電鍍緊固件與不銹鋼同樣昂貴，只是使用不銹鋼強度不夠時，才用鍍鉻緊固件代替。
為了防止腐蝕，鍍鉻前應首先鍍銅和鎳。鉻鍍層可以承受華氏1200度（650℃）的高溫。但也與電鍍鋅一樣存在氫脆問題。
鍍銀、鍍鎳
銀鍍層既可以防腐蝕，又可以作為緊固件的固體潤滑劑。由于成本原因，螺母使用鍍銀，螺栓不用，有時小螺栓也鍍銀。銀在空氣中失去光澤，但可以在華氏1600度下作用。所以，人們利用其耐高溫和潤滑的特性，用于在高溫下工作的緊固件，以防止螺栓、螺母的氧化咬死。
緊固件鍍鎳，主要用于既要防腐，又要導電性好的地方。如車輛電瓶的引出端子等。
鍍鋅（熱浸鋅和滲鋅）
熱浸鋅為鋅加熱到液體下熱擴散涂層。其鍍層厚度在15~10μm，并且不易控制，但搞腐蝕性好，多用于工程中。熱浸鋅加工過程中污染嚴重，有鋅廢料和鋅蒸汽等。
由于鍍層厚，在緊固件中引發了內外螺紋難以旋合的問題。解決此問題有兩種方法。一種是在鍍后再攻內螺紋，雖然解決了螺紋旋合的問題。但也降低了防腐性能。一種是在螺母攻絲時，使螺紋大于標準紋約有0.16~0.75mm(M5~M30)，然后再熱浸鋅這樣雖然也可解決旋合難題，但付出了強度降低的代價。目前，有一種防松螺紋——美國“施必牢”內螺紋可以解決此難題。因其內螺紋與外螺紋未緊固時容隙大，可以用于容得下厚的涂層，所以不影響旋合性，同時防腐性能和強度亦保持原樣，不受影響。
因熱浸鋅加工的溫度原因，它不能用于10.9級以上的緊固件。
滲鋅
在10—190μm范圍內，可按用戶要求控制滲鋅層的厚度，其誤差≤±10﹪。對帶螺紋，有配合要求的工件，可保證其互換性，而熱浸鋅工藝則厚度難以控制，難以保證互換性，而且需要工件預留較大的配合間隙，損害配合件的結合強度。
真空粉末滲鋅克服了熱浸鋅所具有的鋅瘤 、毛刺等缺陷，使滲鋅件外觀平整、光滑，即使滲鋅后不經過任何處理，也非常美觀。滲鋅層厚度均勻，真空粉末滲鋅即使在螺紋、盲孔、轉角部位也與其它部位的厚度一致。在使用過程中，不會出現局部過早銹蝕，而且可防止高壓輸電的尖端放電危害。這是熱浸鋅等工藝所不能解決的問題，特別是螺紋、盲孔等部位更為突出。
滲鋅層為鋅鐵合金層，結構十分致密，與鋼鐵基體結合牢固，電極電位低于鐵高于鋅。表面硬度高，耐磨性能好，其硬度比鋼鐵本體高一倍以上，比熱浸鋅層高四倍以上，在運輸、裝配和拆卸使用過程中，滲鋅層不易磨損、擦傷、脫落。滲鋅層涂裝性能好。滲鋅層可不經任何處理直接涂漆、涂塑或包覆高分子材料，涂層結合力比熱浸鋅高3—4級，結合力達到國家標準一級。滲鋅工藝不改變鋼鐵基體材料力學性能。滲鋅層形成的溫度低于鋼鐵的相變溫度，不損傷鋼鐵基體的機械性能，無氫脆現象，可以處理煅燒的零件、組裝件、異形件、高強鋼件、鑄鐵和鑄鋼件（不斷裂）、彈簧鋼（不失彈性）和型鋼（不變形）。
防腐性能在鋅涂層中（電鍍鋅、熱浸鋅、達克羅）是最好的。一是腐蝕速度低，耐腐壽命長。從真空粉末滲鋅和熱浸鋅產品對比檢測結果可以看出，如中性鹽霧實驗，滲鋅件1600小時（兩個多月）未見銹跡；而熱浸鋅件96小時（4天）即出現銹跡；硫酸銅實驗，滲鋅件7次有連續浸泡24小時未見露銅，而熱浸鋅件5次即出現露銅；工業大氣腐蝕實驗，滲鋅件600天（近兩年）未見銹蝕，而熱浸鋅件600天表面已銹跡斑斑；流動水沖刷實驗，同樣PH7.17，60℃條件下流動水沖刷3000小時（4個多月），滲鋅件腐蝕深度僅為9.6μm，腐蝕速度為0.0230g/㎡.h,而熱浸鋅件腐蝕深度已達15.1μm，腐蝕速度為0.0358g/㎡.h。二是耐海水腐蝕和抗高溫氧化性能強。海水浸泡實驗表明，在相同條件下，滲鋅件600天（近兩年）未見銹跡，而熱浸鋅件600天三分之一以上表 面已生銹；高溫氣流腐蝕實驗，滲鋅件耐高溫≥750℃，而熱浸鋅件耐高溫≤300℃；抗高溫氧化實驗，在600℃爐中2小時，滲鋅件表面完好，而熱浸鋅件表面已氧化，緊固件被燒死，在900℃爐中2小時，滲鋅件出現少許火花，緊固件拆裝自如，而熱浸鋅件根本不可能再做這樣的實驗。
達克羅
不存在氫脆問題，并且扭矩—預緊力一致性能很好。如不考慮六價鉻的環保問題，它實際上最適用于高防腐要求的高強度緊固件。
其他涂層
上述鍍層之外，還有許多金屬或非金屬涂層。這些涂層由各公司詳細闡明。如美加力（MAGNI）、拉斯派特（RUSPERT）、耐美特（NanoMate）、美國TIODIZE公司的鋁伏龍、鈦伏龍。
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