選擇何種表面處理,是每一個設計者都面臨的問題。可選擇的表面處理類型很多,但原則隻有一個”經濟、實用”。
由于幾乎所有商業緊固件都是由碳鋼、合金鋼制成,一般的緊固件都希望能防止腐蝕,此外,表面處理的鍍層必須附着牢固,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,使得鍍後螺紋仍能旋合。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—預緊力的一緻性。
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,以供緊固件從業人員參考。
1
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(塗)層中最低的。一般電鍍鋅中性鹽霧試驗在72小時之内,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。
電鍍鋅加工過程易産生氫脆,所以10.9級以上的螺栓一般不采用鍍鋅的處理.雖然鍍後可以用烘箱去氫,但因鈍化膜在60℃以上時将遭破壞,因此去氫必須在電鍍後鈍化前進行。如此可操作性差,加工成本高。在現實中,一般生産廠不會主動去氫,除非特定客戶的強制要求。
電鍍鋅的緊固件扭矩—預緊力一緻性較差,且不穩定,一般不用于于重要部位的連接。為了改善扭矩—預緊力一緻性,也可采用鍍後塗覆潤滑物質的方法改善和提高扭矩—預緊力一緻性。
2
磷化
一項基本原則磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差。磷化後應塗油,其耐腐蝕性能的高低與所塗油的性能有很大的關系。例如,磷化後塗一般的防鏽油,中性鹽霧試驗也隻有10~20小時。塗高檔的防鏽油,則可達72~96小時。但其價格是一般磷化塗油的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,耐磨性較鍍鋅好。它的使用溫度可達華氏225度到400度(107~204℃)。特别是一些重要零部件的連接。如,發動機的連杆螺栓、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。
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氧化(發黑)
發黑 塗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。由于發黑幾乎無防鏽能力,所以無油後它很快就會生鏽。就是在有油狀态下,其中性鹽霧試驗也隻能達到3~5小時。
4
電鍍镉
镉鍍層耐腐蝕性能很好,特别是在海洋性大氣環境下的耐腐蝕性較其他表面處理好。電鍍镉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,隻用于一些特定的環境。如,用于石油鑽井平台和海航飛機用緊固件。
5
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鏽鋼同樣昂貴,隻是使用不鏽鋼強度不夠時,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。
6
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。
7
熱浸鋅
熱浸鋅為鋅加熱到液體下熱擴散塗層。其鍍層厚度在15~100μm,并且不易控制,但耐腐蝕性好,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,在緊固件中引發了内外螺紋難以旋合的問題。因熱浸鋅加工的溫度原因,(340-500C)它不能用于10.9級以上的緊固件。
8
滲鋅為鋅粉固态冶金熱擴散塗層。其均勻性好,螺紋、盲孔内都能獲得均勻層。鍍層厚度為10~110μm,并且誤差可控制在10%。它與基體的結合強度和防腐性能在鋅塗層中(電鍍鋅、熱浸鋅、達克羅)是最好的。其加工過程無污染,最環保。
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達克羅
不存在氫脆問題,并且扭矩—預緊力一緻性能很好。如不考慮價鉻和環保問題,它實際上最适用于高防腐要求的高強度緊固件。
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