紧固件表面处理的选择.pdf

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1、紧固件表面处理的选择紧固件表面处理的选择 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，

2、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 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 58 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

3、。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 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 1020 小时。涂高档的防锈油，则可达 7296 小时。但其价格是一般磷 化涂油的 23 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

4、性，耐磨性镀锌较好。它的使用温度可达华氏 225 度到 400 度（107204） 。 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）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

5、态下，其中性盐雾试验也只能达到 35 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 1520 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

6、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）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

7、1510m，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 0.160.75mm(M5M30)， 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

8、，它不能用于 10.9 级以上的紧固件。 渗锌渗锌 在 10190m 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

9、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 34 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

10、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 9.6m，腐蚀速度为 0.0230g/.h,而热浸锌件腐蚀深度已达 15

11、.1m，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。