螺纹紧固件腐蚀防护技术的应用现状

螺纹紧固件腐蚀防护技术的应用现状

赵萍丽

舟山市7412工厂浙江316041

摘要：紧固件是作紧固连接且应用极为广泛的一类机械零件。螺纹紧固件是紧固件中常用的一种，使用行业广泛，包括能源、电子、电器、机械、化工、冶金、模具、液压等等行业，在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、化工、仪表和用品等上面，都可以看到各式各样的螺纹紧固件，是应用最广泛的机械基础件。当螺纹紧固件一旦发生腐蚀，会严重影响机械的使用，因此，紧固件的防腐蚀技术就显得尤为重要。

关键词：螺纹紧固件；腐蚀防护；技术应用

1螺纹紧固件防护技术应用的特点

考虑到螺纹紧固件的力学特性以及制造成本，目前来说，紧固件的防护技术一般是采用表面涂层，镀层技术等。但是在涂层以及镀层的过程中，涂层厚度不能影响到螺纹的正常使用，也不能改变紧固件基体的性能。目前，汽车，石油和海洋等工业领域对于螺纹紧固件腐蚀防护技术的应用最为迫切。螺纹紧固件的表面防护性能要根据不同的工业领域要求做出不同的防护工作。比如汽车行业，自动化程度比较高，对于螺纹紧固件的摩擦系数要求比较高，所以需要螺纹紧固件在拧紧过程中的预紧力必须均匀和可靠。此外，由于汽车需要定期保养和维护，所以会有多次拆卸和装配，所以要求紧固件的涂层或者镀层在拆卸过程中损伤比较小。石油行业中，由于石油还有腐蚀性的液体，因此需要防护层不仅要耐磨，还必须具有良好的抗腐蚀性。海洋环境比较苛刻，具有高温，高湿、高盐等特点，所以紧固件必须要求有优良的耐蚀性和耐候性。目前螺纹紧固件的防护技术种类多种多样，各有优劣，所以必须考虑到综合应用环境、防护效果、成本等多方面的因素，根据不同环境选择合适的防腐蚀技术，才能达到良好的防腐蚀效果。

2主要的螺纹紧固件腐蚀防护技术

2.1电镀

电镀是利用电解原理在钢结构表面镀上一薄层其他金属膜或合金，目的是在基材上镀上金属镀层从而起到防腐或耐磨、美观等作用。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料作为阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属离子在待镀的工件表面被还原形成镀层，为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电解液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。在汽车行业用紧固件方面，常用的电镀种类包括锌及锌合金、铜+镍+铬和镍+铬、锡、银、铅、铜、镍和铜+镍以及铬涂层。其中电镀锌及锌合金主要作用是防腐蚀，为达到更高的防腐蚀性能并获得更稳定的摩擦系数，通常在电镀锌的基础上进行钝化和封闭处理，经钝化和封闭处理后的电镀锌涂层可达到中性盐雾试验360h无红锈，锌合金镀层可达到中性盐雾试验1000h无红锈，大大提升了紧固件的耐腐蚀性，提高了零件的使用寿命，同时还能满足±0.03的摩擦系数范围，保证零件装配过程中获得可靠的轴向预紧力。对于抗拉强度大于1000MPa的紧固件在电镀过程中会有氢脆的风险，需要在电镀后增加热处理工序进行驱氢，但并不能保证完全消除氢脆风险，故对于抗拉强度大于1000MPa的紧固件尽量不采用电镀工艺进行表面处理，可选用无氢脆风险的溶液涂覆技术。

2.2达克罗涂层

达克罗是一种新型的表面处理技术，达克罗涂层一般也称为锌铝铬涂层，是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型的防腐涂料。达克罗最早出现于二十世纪五十年代末。达克罗溶液种类繁多，但溶液的基本组成可归纳为：金属物：由锌、铝等物质组成，主要为超细鳞片状锌、铝。溶剂：为惰性有机溶剂，如乙二醇等。无机酸组分：如铬酸等。特殊有机物：为溶液的增粘分散组分，主要成分为纤维素类白色粉末。将达克罗溶液浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件表面后，经过烘烤固化在零件表面达到防腐蚀的效果，为了提升防腐蚀能力，对于烘烤固化的零件可多次进行涂覆并烘烤。达克罗涂层的耐腐蚀能力极强，可达到1000h以上，且不存在电镀过程中的氢脆现象，故广泛应用于强度较高的紧固件上。因为达克罗溶液中含有六价铬成份，不符合环保要求，正逐步被符合环保要求的锌铝涂层取代。锌铝涂层也被称为无铬达克罗涂层，其溶液组成与防腐蚀性能与达克罗类似，但使用环保材料取代了铬酸成份，符合目前国际上的环保要求，在汽车行业紧固件系统已得到了广泛应用。

2.3氟碳涂层技术

氟碳涂层是指用氟碳树脂制成的涂料涂装而成的涂层，属于有机涂层。氟碳涂层具有优良的耐候性，一般用作防腐涂层体系中的面漆。氟碳树脂具有十分优异的防腐和自润滑性能，符合紧固件对防腐涂层性能的要求，近年来已被逐渐应用于螺纹紧固件的防腐中，并取得了一些成果。薛丽莉等采用自分层方法对水性环氧含氟涂层的配方和固化工艺进行设计优化，制备出用于紧固件腐蚀防护的水性有机涂层。将聚四氟乙烯（PTFE）树脂与环氧树脂复配，使得PTFE富集在膜层表面，形成具有不连续相、憎水性和自润滑性较好的涂层，同时采用纳米铝粉填充水性环氧树脂膜的孔隙。结果表明，与水性环氧涂层相比，水性环氧含氟涂层的表面能和孔隙率降低，耐蚀性明显增强。郭文建通过正交试验获得了用于紧固件腐蚀防护的较优氟碳树脂涂料配方：氟碳树脂35g，钛白粉15g，固化剂7.7g，D酸催化剂0.1g。所得氟碳涂层的摩擦因数为0.25，小于环氧铝粉涂层的摩擦因数（0.35），氟碳涂层在海水全浸试验中的饱和电容只为环氧铝粉涂层的1/20，具有更强的耐蚀性。目前氟碳涂层应用于螺纹紧固件腐蚀防护还存在一些不足，主要体现在耐磨性和结合强度有待改善，不适用于高温工况的螺纹紧固件。

2.4粉末渗锌技术

粉末渗锌是通过固态扩散的方式，使锌原子渗入基体金属表面而形成合金层的技术。粉末渗锌过程属于化学热处理的范畴。渗锌技术从20世纪初发明至今已有100多年的历史，已经逐渐成为一种成熟的工业化应用技术，其作为一种有效的防止钢铁材料在大气环境下腐蚀的技术手段，已被广泛应用于各个领域。渗锌层具有均匀、致密，耐磨性高，厚度可控，不会产生氢脆等特点。但粉末渗锌层的耐蚀性不是十分显著，渗镀时间较长，效率较低。针对存在的问题，以200～300目锌粉与纳米CeO2高能球磨处理后得到的纳米复合粉末作为渗锌剂的主成分，发现纳米CeO2具有催渗特性，所得渗锌层的显微硬度、耐磨性和耐蚀性都有提高。在渗锌剂中添加铝、锡、硅和镁粉，在铁基体上制得锌–铁–铝共渗层，耐中性盐雾（NSS）腐蚀时间超过了700h，硬度和结合力也显著提高。以瓷土、硅粉、镍粉、镁粉、铝粉等为原料，制备出性能优良的薄渗锌层，实现渗层厚度低于15μm时就可以均匀覆在基体表面，有效缩短了渗镀时间，提高了效率。

结束语

螺纹紧固件一般都需要经过表面处理，紧固件表面处理的种类很多，一般常用的有电镀、氧化、磷化、非电解锌片涂层处理等。但是，电镀紧固件在紧固件的实际使用中占有很大的比例。尤其在汽车、拖拉机、家电、仪器仪表、航天航空、通讯等行业和领域中使用更为广泛。螺纹紧固件发生腐蚀后会造成诸多不利影响，轻则影响设备的正常运行，重则发生大的安全事故。所以，研发可靠、高效的螺纹紧固件腐蚀防护技术具有十分重要的现实意义。

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