紧固件的表面防护及技术发展讲解

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1、 汽车摩托车紧固件的 表面防护及技术发展 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 摘要：汽车摩托车紧固件包括螺栓、螺母、垫圈，大部分 必须经过表面处理，保护免于腐蚀，改善外观或达到一定 特殊功能，该文综述了汽车摩托车紧固件的表面防护种类 及传统的几种表面处理方法。简述了表面防护的技术发展 ，重点介绍了五种技术今后研究方向。 关键词：紧固件 表面防护 镀锌 达克罗 磷化 氧化 1. 前言 汽车摩托车紧固件包括螺栓、螺母、垫圈，大部分必 须经过表面处理，保护免于腐蚀，改善外观或达到一定特 殊功能，如控制锁紧力矩的螺蚊紧固件等。 国内汽车摩托车企业在汽车摩托车紧固件产品防腐技 术方面起步较晚，在产品设

2、计、制造工艺、材料选择等方 面与国外企业相比，差距较大。虽然,近几年已经对汽车 摩托车紧固件防腐性能的重要性有了一定的认识，汽车摩 托车的高安全性、高稳定性、以及多元化的个性也在紧固 件的表面处理上得以体现。 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 汽车摩托车上的紧固件，尤其是紧固螺栓、管箍、弹 性夹等在使用过程中处于及其恶劣的环境下，通常腐蚀比 较严重，甚至由于锈蚀导致拆卸困难。因此，要求紧固件 必须具有良好的防腐性能。目前采用的比较普遍的方法是 对其表面进行镀锌、镀锌合金及磷化、发黑等处理。另外 ，近年来迅速发展起来的达克罗技术是解决紧固件腐蚀问 题的最有效手段 。1 下面简述汽车摩托车紧固

3、件的表面防护及技术发展动向。 1、汽车摩托车紧固件表面防护和种类 当今, 汽车摩托车紧固件按照它们的腐蚀负载进行分 类,见表1,并且用耐久性级别指标配位. 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 表1汽车摩托车紧 固件的分类 分类 腐蚀性负载耐久性级 别 盐雾试验 h 备注 处于安装状态中不可见的紧固件 无基体金属腐蚀 微小负载轻度保护48 处于内部空间中和在其安装位置中受 到保护的外部范围内的紧固件 中度负载中度保护240无基体金属腐蚀 直接放置于暴露外界的紧固件,能在安 装状态中进行观测的紧固件 无基体金属腐蚀 强烈负载重度保护720 对于汽车摩托车紧固件，如螺栓、螺母和类似螺纹的异型件、铆

4、钉、 销等而言，按照表2的表面保护种类做耐腐蚀检验。 表2 汽车摩托车紧固件的防护种类 种 类 镀层工艺方法后处理和外观 耐久性等级 轻度中度重度 1磷酸盐不涂油 涂油、涂油脂、涂蜡 2热镀锌无后处理 3电解镀锌无后处理 钝化处理 厚镀层钝 化 和封涂保护层 4电解镀铬高光亮、微裂纹 高光亮 5电解镀铜无后处理 6锌镍合金镀层黑色铬酸钝化 银白色钝化 封涂保护层 7达克罗银灰色（微量封闭） 含PTFE（聚四氟乙烯） 有机涂层优先采用黑色 银灰色涂润滑剂 8发蓝涂油 9阳极氧化装饰用、透明光亮 10涂漆电解镀锌+涂漆 磷酸锌+浸漆 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 2表面防护的种类 21金属

5、镀层 金属电镀层中应用最多的仍然是镀锌层，目前镀锌层 占汽车摩托车紧固件总数的50%-70%,镀锌层分为电镀层 和非电镀层。 a. 电镀锌层 电镀锌层是典型的阳级性镀层，发生腐蚀时，阳级优 先溶解从而保护了基体材料。受其镀层厚度8-15m所限 ，经铬酸盐钝化处理后，其防腐蚀性能大幅度提高，能 抵抗48-96h的中性盐雾试验，可用于中性的室外防护。 近年来发展的Zn-Ni、Zn-Fe、Zn-Co电镀层，尤其是Zn- Ni、Zn-Co电镀层，当镀层中Ni含量为6%-10%时或Co含 量为0.4%-1.0%时，5-8m的镀层钝化后，可取得极好的 防腐蚀效果，可抗720h以上的中性盐雾试验。 汽车摩托

6、车紧固件的表面防护及技术发展 b.非电镀锌层 非电镀锌层主要有热浸镀锌层、机械镀锌层和达克罗涂层 。 热浸镀是由熔融的金属在金属紧固件表面自然粘附形 成薄膜，特点是镀层较厚。机械镀是利用小球状物体和镀 层金属粉末一起在水溶液中旋转撞击的机械作用，使镀层 金属形成薄膜，其特点是膜层一般为复合膜，耐蚀性较好 。达克罗涂层是用片状金属粉和有机物及添加剂在300 左右条件下烧结成膜，其特点是膜层有很好的耐蚀性。 汽车摩托车高强度螺栓在酸洗和电镀等过程中有产生 氢脆的危险性，虽然可以通过热处理驱氢，但很难彻底驱 氢。2非电镀层的涂覆过程不需酸洗和活化，也没有导 致析氢。一般镀层为灰色和银白色，颜色变化少

7、。达克罗 涂层对基体的保护作用主要体现在三个方面，机械屏蔽作 用；自钝化作用以及牺牲阳极电化学保护作用。自20世 纪70年代 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 初问世以来，在机械工业包括在汽车、摩托车等车辆防腐 中得到了广泛应用。例如达克罗320L涂层盐雾试验可以 达到1000h，其缺点是成本高。 22减摩镀层 为满足8.8级高强度螺栓的特殊要求，目前国内外一 些汽车摩托车公司采用了减摩镀层作为汽车摩托车紧固件 表面防护层。镀铜层一般作为中间镀层。近年来也开展采 用镀铜层作为外部镀层，其中包括碳钢、合金钢及不锈钢 紧固件的减摩镀铜层。 还有采用某些含脂类的特殊光滑剂或润滑剂对螺栓进 行镀锌

8、钝化后处理，以降低摩擦系数。另外，达克罗涂层 中后处理的有机涂层，一种是在锌份中混合了PTFE（聚 四氟乙烯）颗粒，使涂层具有减摩作用；还有一种是在达 克罗涂层外进行封闭处理，也可以达到减摩目的。 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 3转化膜技术 近年来，表面处理中转化膜技术发展较快。在汽车摩 托车的紧固件上采用较多的是磷酸盐（磷化）和氧化（发 黑）。虽然它们的耐久性等级中属于轻度保护，由于成本 低廉，使用方便在表面防护领域占有一席之地。 31磷化 磷化是借磷化溶液在紧固件表面上人为地造成一层厚 约10m保护膜，这层膜是难溶的磷酸盐的混合物。 根据磷化液用的磷酸盐分类有：磷酸锌系、磷酸铁系、

9、磷 酸锰系。此外，还有在磷酸锌中加钙的锌钙系，在磷酸锌 中加铜、加镍的三元体系磷化等。 为了满足不同表面防护需要，新的或复合型的磷化膜 层应运而生。还要求有较好耐磨性、自润滑性能， 运用 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 传统方法获得磷化膜是无法满足这些要求的。 如某公司要求用放大镜对磷化膜层的结晶形状进行检 查，这就要求磷化膜结晶细致。利用扫描电镜（SEM） 对磷化膜表面形貌进行观测，发现锌系磷化膜的表面形貌 不尽相同，有的呈球状，也有的呈棒状，成分不仅含有磷 酸锌，而且含有磷酸锌铁。呈球状的磷酸锌铁是一种多孔 结构，比较疏松，这种结构使得接触面积大大增加；棒状 的磷酸锌晶粒使得磷化膜呈

10、层状结构，在变形中能够很好 地保持连续性，避免某些部位的膜层在挤压中流失，确保 了其润滑效果。3膜层厚薄对高强度紧固件摩擦系数有 直接的关联。由于发动机内紧固件对零件清洁度有较高的 要求，当今整个磷化都已不是传统意义上的磷化，是一种 高性能的复合型转化膜。因此，磷酸锌系必须向磷酸锌钙 、磷酸锌锰等系列转化。 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 32 氧化 氧化处理就是通常所说的“发黑”和“发蓝”。借碱性氧 化性溶液的氧化作用，在紧固件表面形成一层蓝黑色氧化 铁膜，称为发蓝。借强碱性氧化性溶液，在紧固件表面上 形成一层黑色磁性氧化铁的方法称为发黑。 对于汽车摩托车紧固件而言，有高温碱性发黑和常

11、温 发黑。常温发黑通常采用热处理后的余热进行，由于节省 能源，环境友好和对基体材料要求不高，有较大的发展前 景，但由于工艺不够稳定，膜层不牢固等缺点还有待于改 善，使其应用受到一定限制。高温碱性发黑虽然能耗大， 有污染，但由于其膜层性能较好，工艺简单，在汽车摩托 车业中还是使用较多。 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 3.3 阳极氧化 阳极氧化处理用来增加紧固件表面的耐腐蚀性，可以 用来装饰应用，通常使用3-6的氧化性电解液，将紧 固件作为阳极，利用电解法在表面上形成氧化薄膜，其 15-30m厚度，有耐磨性和耐腐蚀性能，也可作为涂漆底 层。 4. 表面防护技术发展 41镀锌三价铬钝化的应用

12、 镀锌能够提高汽车摩托车紧固件的抗腐蚀能力，钝化 可使电镀锌层的耐蚀性进一步提高，并增加其表面光泽和 抗污染能力。铬酸盐钝化处理液中会有对人体及环境有害 的六价铬，不仅处理过程中会产生污染，而且钝化膜中的 六价铬还将导致表面已处理紧固件在日后使用及废弃对环 境造成二次污染。 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 采用毒性相对较低的三价铬代替六价铬的镀锌钝化技 术，在我国已用于实际生产。 三价铬化合物是钝化膜的主要成分，它不溶于水，具 有较高的稳定性，强度高，是构成膜层的“骨肉”，使膜层 得到良好的保护，与六价铬钝化膜相比，三价铬钝化膜的 特点是膜层较厚，耐热性好。以蓝色钝化为例，六价铬钝 化膜

13、厚度仅0.6m，而三价铬钝化膜厚度为3m, 中性盐 雾试验目前已超过48h，有的甚至可达72h，大体与六价 铬彩虹色钝化膜相当。4 4.2 无铬达克罗涂层的开发 达克罗涂层技术特别适用于汽车摩托车高强度紧固件 的表面防腐。但是达克罗母液中含有铬酸，在固化成膜过 程中，虽然大部分六价铬还原成了三价铬，但仍有少量铬 以可溶性六价铬的形式存留在膜层中，其含量大于 3g/cm2。5为此，开发无铬达克罗涂层必然是大势所趋 。目前，国外无铬达克罗涂层研究比较成功 ，国内暂 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 时在这方面的研究还几乎是一片空白。 无铬达克罗涂层主要采用无机硅等作为粘结剂，通过 封闭等一系列

14、后处理，达到与含铬达克罗涂层同样优异的 防腐性能。无铬达克罗技术不仅具有含铬达克罗技术的优 点，而且涂层中完全不含六价、三价铬，因此，无铬达克 罗涂层真正实现了“緑色”防腐，它的推广应用将是汽车摩 托车紧固件表面防护技术的一次环保革命。 4.3 阴极电泳涂装技术 国外紧固件采用电泳涂装已有20年的历史,最早是采 用阳极电泳涂装替代传统的浸漆。为了解决紧固件在拧紧 时漆膜的问题，从1999年开始改成阴极电泳涂装。近年 来，一些国外汽车摩托车公司的部分紧固件采用阴极电泳 涂装替代电镀后的钝化处理。众所周知，阴极电泳涂装机 械化程度高、环保、漆膜具有优异的耐腐蚀性能，在汽车 汽车摩托车紧固件的表面防

15、护及技术发展 摩托车零部件及紧固件上已应用数年，工艺比较成熟。随着技术 的发展，除具有优异的耐腐蚀性能的阴极电泳涂装外，具有一定耐候 性的阳极电泳涂装、边缘耐腐蚀性阴极电泳涂装等也在生产线上得到 了实际应用。 采用阴极电泳涂装的好处，a、有利于环保。阴极电泳采用水性涂 料，钝化采用三价铬。b、提高产品的耐腐蚀性。传统的电镀+钝化工 艺，盐雾试验达到144h左右。采用磷化+阴极电泳涂装工艺后，盐雾 试验可达到200h以上，若采用电镀+阴极电泳涂装工艺，盐雾试验可 达到500h以上。（参见表3） 表3 几种膜层盐雾试验结 果比较 工艺Zn磷化+阳极 电泳 Zn磷化+阴极电泳Zn磷化+富锌底漆+阴 极电泳 电镀 +阴极电泳+ 面漆 盐雾试验 /h 1202003003006001000-1500 汽车摩托车紧固件的表面防护及技术发展 据预测，随着日趋严格的环保法规出台，阴极电泳涂 装是汽车摩托车紧固件表面防护的发展方向，但目前国内 的研究工作刚开始，适用哪类紧固件，成本如何，还需进 一步的工艺试验验证。 4.4降低达克罗处理成本 随着汽车摩托车市场的竞争越来越激烈，降低成本也 是极其重要的。目前达克罗处理成本大大高于电镀锌处理 ，这是影响达克罗技术大规模应用于汽车摩托车紧固件表 面防腐的主要原因之一，尤其在国内，技术被国外公司