紧固件表面处理的知识

liuzhugang

对于一个特定的设计，选择何表面处理，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，从普通油到金。但设计者应该选择可以经济的达到目的的表面处理。
# T) U# }! `) P# p* L
( G! A0 K2 z9 d+ D% B2 p6 w1 `    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。
, ~( `& @- Q& B+ q! H3 |
# \7 k2 W+ `) `% t5 u% N! g  N    电镀锌
$ T5 |# V3 ~- k" k
/ j1 v4 P9 M' m    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。
" k4 m* D5 P% |% I, d
    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。
; m3 C9 O# O8 ?( {: f
7 g7 R% k3 E# D# K    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。

3 J9 h5 e3 g; x& X* T    磷化

. j0 q( @: X6 }5 [  f% p    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。
! A9 i5 O* f4 `3 a6 y. K
    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。

# C  X5 h9 y2 v7 s    氧化（发黑）

, V( Z  R5 S* ?! c' J, d3 w    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。
5 @7 k) }4 Y) ^& k. B: B8 a
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。
) [) h3 r6 J* q! d. Z( [# O
    电镀镉
; u+ J/ S: K6 n$ ~
    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

5 ]+ A! e+ W" H2 I: g4 C- y6 v    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。
+ O' Y$ n5 Q4 @: X% @1 h+ x
    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
- h1 O0 v& o% S9 C
    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。
! ^3 A7 E' d! }
    热浸锌
7 y% ^8 o* m) n1 |
2 l- r+ e5 m5 Q% C    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。

. z" l7 [5 J5 B( [    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。
4 O! B+ L( T) z
  x3 ^2 Y1 C3 p# |. E% s4 D. b) V    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。
5 X! K- ~0 y0 M  ?4 P- ]
1 M' r8 m0 _) d& L. W/ E7 O    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。

. E2 h/ i/ K3 }! i& k0 c. W, T# @    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。