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紧固件表面处理的选择-热处理展-工业炉展-2016第十七届广州国际热处理、工业炉展览会-中国效果最好的热处理工业炉展--巨浪展览—The 17th China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
2015年12月31日 热处理展-工业炉展-heat treatment expo-furnace expo |
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由于几乎所有商业紧固件都是由碳钢、合金钢制成，一些种类的紧固件希望能防止腐蚀，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，以供设计人员和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。
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。
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。
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。
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。
镀锌（热浸锌和渗锌）
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。
渗锌
在10—190μm范围内，可按用户要求控制渗锌层的厚度，其误差≤±10﹪。对带螺纹，有配合要求的工件，可保证其互换性，而热浸锌工艺则厚度难以控制，难以保证互换性，而且需要工件预留较大的配合间隙，损害配合件的结合强度。
真空粉末渗锌克服了热浸锌所具有的锌瘤 、毛刺等缺陷，使渗锌件外观平整、光滑，即使渗锌后不经过任何处理，也非常美观。渗锌层厚度均匀，真空粉末渗锌即使在螺纹、盲孔、转角部位也与其它部位的厚度一致。在使用过程中，不会出现局部过早锈蚀，而且可防止高压输电的尖端放电危害。这是热浸锌等工艺所不能解决的问题，特别是螺纹、盲孔等部位更为突出。
渗锌层为锌铁合金层，结构十分致密，与钢铁基体结合牢固，电极电位低于铁高于锌。表面硬度高，耐磨性能好，其硬度比钢铁本体高一倍以上，比热浸锌层高四倍以上，在运输、装配和拆卸使用过程中，渗锌层不易磨损、擦伤、脱落。渗锌层涂装性能好。渗锌层可不经任何处理直接涂漆、涂塑或包覆高分子材料，涂层结合力比热浸锌高3—4级，结合力达到国家标准一级。渗锌工艺不改变钢铁基体材料力学性能。渗锌层形成的温度低于钢铁的相变温度，不损伤钢铁基体的机械性能，无氢脆现象，可以处理煅烧的零件、组装件、异形件、高强钢件、铸铁和铸钢件（不断裂）、弹簧钢（不失弹性）和型钢（不变形）。
防腐性能在锌涂层中（电镀锌、热浸锌、达克罗）是最好的。一是腐蚀速度低，耐腐寿命长。从真空粉末渗锌和热浸锌产品对比检测结果可以看出，如中性盐雾实验，渗锌件1600小时（两个多月）未见锈迹；而热浸锌件96小时（4天）即出现锈迹；硫酸铜实验，渗锌件7次有连续浸泡24小时未见露铜，而热浸锌件5次即出现露铜；工业大气腐蚀实验，渗锌件600天（近两年）未见锈蚀，而热浸锌件600天表面已锈迹斑斑；流动水冲刷实验，同样PH7.17，60℃条件下流动水冲刷3000小时（4个多月），渗锌件腐蚀深度仅为9.6μm，腐蚀速度为0.0230g/㎡.h,而热浸锌件腐蚀深度已达15.1μm，腐蚀速度为0.0358g/㎡.h。二是耐海水腐蚀和抗高温氧化性能强。海水浸泡实验表明，在相同条件下，渗锌件600天（近两年）未见锈迹，而热浸锌件600天三分之一以上表 面已生锈；高温气流腐蚀实验，渗锌件耐高温≥750℃，而热浸锌件耐高温≤300℃；抗高温氧化实验，在600℃炉中2小时，渗锌件表面完好，而热浸锌件表面已氧化，紧固件被烧死，在900℃炉中2小时，渗锌件出现少许火花，紧固件拆装自如，而热浸锌件根本不可能再做这样的实验。
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。
其他涂层
上述镀层之外，还有许多金属或非金属涂层。这些涂层由各公司详细阐明。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。
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