第24章标准紧固件表面处理

1、295第24章 紧固件表面处理一、概述1 表面处理的分类与作用表面处理也称为“表面工程” （Surface Engineering），是应用物理、化学、机械等方法改变固体材料表面成分或组织结构，获得所要求的性能并提高产品的可靠性或延长使用寿命的各种技术的总称。表面处理的分类方法有多种。依表面层特性可分为表面改性、薄膜、涂(镀)层等三大类；依工艺特点可分为干法和湿法两大类；依表面层功能可分为防护性、装饰性、功能性三大类；依基体材料可分为金属和非金属两大类。每一大类又可细分为许多分支。金属镀覆和化学处理依镀覆层功能可分为防护性镀覆、防护-装饰性镀覆和功能性镀覆三大类。防护性镀覆层用于防止基体被腐蚀

2、损坏。例如，钢铁紧固件的镀锌或镀镉，不仅具有机械保护作用，而且在一定的环境条件下还有电化学保护作用。防护-装饰性镀覆层用于美化制品外观，同时也具有一定防护性。当以铬、金等镀层作为防护-装饰性镀层时，往往在基体上先镀铜 、镍或其合金作为底镀层，以改善镀层与基体的结合力，并提高防护和装饰性。功能性镀覆层的作用主要包括：提高表面硬度或因自润滑而耐磨，减小摩擦保证扭矩系数，提高导电性或改善表面可焊性等。铜及铜合金紧固件的镀银或镀锡，主要就是为了提高导电性。2 标准紧固件表面处理要求2.1 标准紧固件表面处理要求标准紧固件表面处理要求分为三大类：a. 不进行表面处理；b. 进行简单处理；c. 进行镀覆或

3、化学处理。（1）不进行表面处理标准件紧固件不进行表面处理，一般适用于以下两种情况：a. 在防护方面不做要求；b. 作为镀覆前的半成品供货。（2）进行简单处理简单处理适用于不锈钢件和有色金属件，其目的都是去除制品表面的污物，使制品比较干净些、具有金属本色。对于不锈钢件往往只提进行简单处理的要求，即对标准紧固件进行除油、酸洗等清洁和光亮处理。对于有色金属件，如加工黄铜或铝制标准紧固件，也有仅要求进行简单处理的情况。铝及铝合金制件的简单处理可以包括如下清洁和光亮处理（俗称“酸洗”）：除油硝酸除氧（出光）处理碱腐蚀硝酸除氧（出光）处理（3）进行镀覆或化学处理要求进行镀覆或化学处理的标准紧固件，按基体材

4、料不同，其推荐的处理方法也不同。已在国家标准、国家军用标准中被采用的有：a. 钢件· 电镀锌并铬酸盐处理，标准中大多简称为“镀锌钝化”；· 电镀镉并铬酸盐处理，标准中大多简称为“镀镉钝化”；· 电镀铜，标准中简称为“镀铜”；· 电镀镍，标准中简称为“镀镍”，通常采用以镀铜层或镀暗镍层作为底层的多层光亮镀镍工艺；· 电镀装饰性铬，标准中简称为“镀铬”，通常采用以镀铜层作为底层、镀光亮镍层作为中间层、以普通镀铬层作为面层的镀装饰铬工艺；· 化学氧化，标准中简称为“氧化”，以往称为“发黑”、“ 发蓝”；· 磷酸盐处理，标准中简称为

5、“磷化”；· 以非电解法涂覆片状锌粉涂层，标准中称为 “非电解锌片涂层”（见GB/T 5267.22002）、“锌铬涂层”（见GBT 186842002）或“非电解锌粉覆盖层”（见GBT 3098.72000）等;· 热浸镀锌；· 粉末渗锌。b. 不锈钢件· 钝化。c. 铜及铜合金件· 镀镍，通常是镀光亮镍；· 镀锡，通常应该是镀光亮锡；· 镀银，通常应该是镀光亮银并铬酸盐处理（或再涂覆防银变色剂）；· 铬酸盐处理，标准中多称为“钝化”。d. 铝及铝合金件· 阳极氧化，标准中大多简称为“阳极化”，一般宜指

6、定阳极氧化方法（处理特征）、后处理或颜色。通常应该进行硫酸阳极氧化并铬酸盐封闭;· 化学氧化。e. 钛合金件· 阳极氧化。上述方法中，应用最广泛的是钢件的电镀锌并铬酸盐处理、化学氧化，不锈钢件的钝化，铜及铜合金件的铬酸盐处理，以及铝及铝合金件的阳极氧化。在现行标准中，一般把电镀层的铬酸盐处理和铜件的铬酸盐处理称为“钝化”。这是不科学的。本章中均根据实际情况予以正名。铬酸盐处理（chromate treatment）是通过化学处理在金属表面形成一层含有铬化合物的化学转化膜。其反应机理是发生表面转化作用（conversion）。金属的表面转化是指采用化学处理液使金属表面与溶液界

7、面上产生的化学或电化学反应，生成稳定的化合物薄膜的处理过程。通常这种界面反应是比较复杂的。与介质反应的金属原子既可能由基体金属的溶解提供，也可能有介质中金属离子的参与，从而产生二次反应和副反应等。但不论何种表面转化过程，一般都包含基体溶解与成膜两个基本过程。表面转化包括化学转化和电化学转化两大类。例如，钢的化学氧化（发蓝）、磷化、镀锌层铬酸盐处理、铜及铜合金的化学氧化等都属于化学转化；阳极氧化则属于电化学转化。钝化（passivation）是指通过成膜、沉淀或局部吸附作用，使金属表面的局部活性点失去化学活性面呈现钝态。不锈钢标准紧固件通常要求进行的表面处理正是这种钝化处理，处理后其外观的变化靠

8、肉眼是看不出来的。钝化处理过程中不一定生成稳定的、完整的膜层，其目的仅仅是降低表面活性点的数目，这是它和氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理等化学转化处理的主要区别。有些表面处理方法在现行标准紧固件产品标准中还未见被采用，但它们用于标准紧固件的表面防护确实是十分可取的。这些镀覆层在耐腐蚀性、焊接性能、镀厚均匀性、美观或清洁生产等某些方面有突出优点，是值得选用的。例如：a. 钢件电镀锌-铁合金（GB/T 5267.12002附录E,标记代号R）、电镀锌-锡合金、电镀锌-钴合金（GB/T 5267.12002附录E,标记代号Q）、电镀锌-镍合金（GB/T 5267.12002附录E,标记代号P）等，其耐

9、蚀性明显优于镀锌或镀镉；b. 铜件电镀锡-铅合金，价格低廉，防护性能和焊接性能较好；c. 化学镀镍，镀层厚度均匀；d.物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD），外观美丽，无污染。2.2 常用标准紧固件的表面处理要求常用标准紧固件的表面处理要求列于表24-1。表24-1 常用标准紧固件的表面处理要求序号类别材质表面处理要求标准举例1螺纹紧固件（螺栓、螺钉、螺柱和螺母）钢、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金a. 不经表面处理的，用于不经淬火回火的钢制产品；b. 氧化处理，用于经淬火和回火的钢制产品；c. 简单的表面处理，用于不锈钢或有色金属制造的产品。如需其他表面镀层或表面处理，应由供需双方协议

10、。如无其他协议条件，交付的螺栓、螺钉、螺柱和螺母应是清洁的，并涂有防锈油 GBT 169381997 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件螺栓钢a. 氧化;b. 电镀锌并铬酸盐处理;c. 其他由供需双方协议 GB/T 16674.12004六角法兰面螺栓 小系列 氧化 GB/T 169391997钢网架螺栓球节点用高强度螺栓a. 不经处理;b. 非电解锌片涂层;c. 电镀;d. 其他由供需双方协议 GB/T 57802000 六角头螺栓 C级a. 氧化;b. 电镀;c. 非电解锌片涂层;d. 其他表面处理由供需双方协议 GB/T 57822000 六角头螺栓a. 常规：氧化;b. 可选择

11、的（必须有驱氢措施）：a). 镀锌并铬酸盐处理;b). 镀镉并铬酸盐处理;c) 热浸镀锌;d) 粉末渗锌。c 其他表面处理由供需双方协议。电镀锌或热浸镀锌紧固件应涂润滑剂,以防装配时咬死 GB/T 18230.12000 栓接结构用大六角头螺栓焊接螺柱普碳钢 镀铜 GB /T 902.21989机动弧焊用焊接螺栓螺钉钢氧化 GB/T 8202000十字槽半沉头螺钉不锈钢、有色金属简单处理不锈钢、有色金属不经处理 GB/T 8231988十字槽小盘头螺钉木螺钉钢不经处理 GB/T 9221986木螺钉技术条件自攻螺钉钢电镀锌并铬酸盐处理GB/T 8451985十字槽盘头自攻螺钉墙板自攻螺钉钢磷化

12、 GB/T 142101993墙板自攻螺钉螺母钢a. 不经处理;b. 电镀;c. 非电解锌片涂层;d. 其他表面处理由供需双方协议 GB/T 617020001型六角螺母铆螺母钢电镀锌并铬酸盐处理 GB/T 17880.61999铆螺母技术条件环形螺母铸造铜合金ZCuZn40Mn2不经处理 GB/T 631988环形螺母2销碳素钢、合金钢a. 氧化b. 电镀锌并铬酸盐处理（磨削表面除外） GB/T 1211986 销 技术条件铜及铜合金不经处理特种钢（1Cr13、2Cr13、Cr17Ni2、1Cr18Ni9Ti）开口销碳素结构钢a. 不经处理;b. 电镀锌并铬酸盐处理;c. 磷化 GB/T 9

13、12000开口销不锈钢、加工黄铜简单处理圆锥销钢a. 不经处理; b. 氧化;c. 磷化;d. 电镀锌并铬酸盐处理 GB/T 1172000 圆锥销螺尾锥销 GB/T 8812000 螺尾锥销3铆钉碳素钢不经处理、电镀锌并铬酸处理 GB/T 1161986铆钉 技术条件特种钢不经处理铜及铜合金不经处理、铬酸盐处理铝及铝合金L4、LF21 不经处理LY1 阳极氧化LY10、LF10 不经处理或阳极氧化沉头铆钉（粗制）钢不经处理 GB/T 8651986沉头铆钉（粗制）管状铆钉碳素结构钢不经处理、电镀锌并铬酸盐处理 GB/T 9751986 管状铆钉铜及铜合金（T2、H62、H96）不经处理、钝化

14、、镀锡、镀银抽芯铆钉铝合金（钉体）钢（钉芯） 钉体和钉芯不经处理 GB/T 12615.12004 封闭型平圆头抽芯铆钉 11级钢（钉体、钉芯）钉体：电镀锌并铬酸盐处理钉芯：可涂油、磷化涂油或电镀锌,由制造者确定GB/T 12615.22004 封闭型平圆头抽芯铆钉 30级铝（钉体）铝合金（钉芯） 钉体和钉芯不经处理GB/T 12615.32004 封闭型平圆头抽芯铆钉 06级不锈钢（钉体、钉芯） 钉体和钉芯不经处理GB/T 12615.42004 封闭型平圆头抽芯铆钉 51级4止动垫圈钢 氧化 GB/T 981988 止动垫圈弹性垫圈 钢 氧化、镀锌并铬酸盐处理 GB/T 94.21987

15、弹性垫圈弹簧垫圈弹簧钢 氧化、磷化、镀锌并铬酸盐处理 GB/T 9074.251988 组合件用弹簧垫圈不锈钢、铜及铜合金 不经处理弹性挡圈钢 氧化、镀锌并铬酸盐处理 GB /T 959.11986 弹性挡圈钢丝挡圈钢 氧化 GB/T 959.21986 钢丝挡圈挡圈钢（Q235、35、45、Y12）：a.不经热处理的;b. 热处理的a. 不经处理;b.氧化 GB/T 959.31986 挡圈二.紧固件表面处理方法1 电镀1.1 镀锌锌镀层相对于钢、铜基体是阳极性的，在一般大气及工业大气条件下，有较好的防护性能，在矿物油中能可靠地防止紧固件腐蚀。锌镀层是钢件最常用的镀覆层。在与海水或海雾直接接

16、触的情况下，锌镀层的防护性能低于镉镀层。锌镀层的使用温度超过230时，会使基体金属产生脆性。在低于70或高于70的水中，锌镀层的防护性能显著降低。镀锌层在承受弯曲、延展及拧合时不易脱落，但其弹性、耐压性和耐磨性不如镉镀层。锌镀层的后处理包括除氢和铬酸盐处理。铬酸盐处理后的锌镀层不易焊接。在密封或空气不流通的环境中，锌镀层易受某些非金属材料挥发出的有机气氛影响而产生“白霜”状腐蚀。下列情况不宜镀锌：a. 在工作中受摩擦的紧固件；b. 厚度小于0.5mm的薄片紧固件；c. 具有渗碳表面的紧固件；下列情况不允许镀锌：a. 抗拉强度在1300MPa以上的钢制紧固件（仅允许进行低氢脆镀锌）；b. 直径大

17、于或等于10mm的高强度螺栓(包括30CrMnSiA钢,相当于12.9级)；c. 表面腐蚀后影响与之接触的零件正常功能时。要求导电、导磁、焊接的紧固件及在过氧化氢介质中工作的紧固件，其镀锌层不应进行铬酸盐处理。1.2 镀镉镉镀层在一般大气及工业大气条件下，相对于钢件为阴极性镀层，其防护性能比锌镀层差。但是，在与海水或海雾直接接触的情况下，镉镀层相对于钢件为阳极性镀层，其防护性能比锌镀层好。在密封或空气不流通的环境中，镉镀层易受非金属材料挥发出的有机气氛影响而产生“白霜”状腐蚀。镉镀层可以接受焊接，但焊接性能不如锡镀层好。镉镀层的使用温度超过230时，会使基体金属（钢或钛）产生“镉脆”。这种脆化

18、效应既能在镀镉的钢或钛合金上发生，也能在与镉镀层接触的钢或钛合金上发生。当仅环境温度高而无应力时不会产生镉脆。然而，经过机械加工的紧固件通常有加工残余应力存在。低合金钢和高碳钢对镉脆都很敏感。由于镉离子毒性很大，建议尽量不要选用镉镀层，而考虑改用非电解锌片涂层、锌镀层、锌镍合金镀层、锌铁合金镀层或锌锡合金镀层。镉镀层主要用于：a. 与海水、海雾直接接触的紧固件；b. 在压缩空气、氧气、过氧化氢、乙醇及温度超过60的水中工作的紧固件；c. 具有渗碳表面的紧固件；d. 一般弹性紧固件。下列情况不宜镀镉：a. 在工作中受摩擦的紧固件；b. 在以硝酸为基的氧化剂及其蒸气中工作的紧固件。下列情况不允许镀

19、镉：a. 抗拉强度在1300MPa以上的钢制紧固件（仅允许进行低氢脆镀镉）；b. 与钛合金相接触的紧固件；c. 接触液压油、燃油的紧固件；d. 要求焊接的紧固件。要求导电的紧固件，镀镉层不应进行铬酸盐处理。1.3 镀铜铜镀层相对于钢件和铝件为阴极性镀层。它在大气中容易变色，不能单独作为钢件和铝件的防护层，通常辅以化学氧化（转化）膜。铜镀层易于抛光且与其他金属有很好的结合力，它是重要的中间镀层（常选用光亮镀铜）和底镀层（常选用氰化镀铜）。铜镀层具有良好的导电性和导热性。铜镀层经过化学氧化处理后可以形成黑色的外观。铜镀层可用于防止钢与耐热钢制螺纹（螺距小于或等于0.8mm）在较高温度下工作时相互粘

20、结。下列情况不宜镀铜：a. 与浓过氧化氢接触的紧固件；b. 在以硝酸为基的氧化剂作用下工作的紧固件；c. 在大气条件下工作而无补充防护层的紧固件。1.4 镀装饰铬装饰铬镀层是一种多层镀层的组合体系。它具有装饰和防护功能，表面呈淡蓝色光亮的银白色。传统的装饰铬采用铜镍铬体系，即在氰化物镀液中镀铜（或镀铜锡合金）形成厚度达20m以上的底镀层，光亮镀镍形成厚度达10m以上的中间镀层，表层是厚度仅约0.3m的普通镀铬层。这种装饰铬镀层相对于钢铁基体属于阴极性镀层，目前使用仍然很普遍。新的装饰铬镀层体系是双层镍铬或者三层镍铬。双层镍铬镀层中的含硫光亮镍层（上层镍）相对于半亮镍层属于阳极性镀层；在三层镍铬

21、镀层中的高硫镍层（中间镍层）相对于半亮镍层也属于阳极性镀层，因而都能保护钢铁基体不受腐蚀。镀层体系中每层镍的厚度也可以适当减薄。上述两种装饰铬组合体系也很适宜作为铜及铜合金件的装饰镀。表面铬层的反光率约70，能长时间保持。若特殊要求镀层达到镜面光泽，镀前零件表面必须进行抛（磨）光，底镀层和中间镀层镀覆后还要分别抛光，使镀铬前的表面粗糙度Ra值不大于0.4m。这样，镀铬后表面将更为光亮，镀层耐蚀性也更好。不过，机械抛（磨）光将导致零件棱角不规则倒圆；小型紧固件抛（磨）光操作也不安全。选择装饰性镀铬应注意：镀层本身存在孔隙，不宜镀在带硝酸基的氧化介质中工作的紧固件上。1.5 镀银银镀层呈银白色。以

22、适当的工艺方法可以获得光亮银镀层。经浸亮和铬酸盐处理的银镀层呈光亮的稍带微黄色的银白色。银镀层也可以在镀后经氧化处理成为黑色。银镀层相对于钢铁、铜及铜合金等均属于阴极性镀层。银具有很高的导电性、导热性、抗氧化性和良好的焊接性。银镀层比较柔软，能承受弯曲和冲击，并具有减摩作用。银镀层的化学稳定性比较高，但在接触硫、氨、氯及它们的化合物的介质中引起反应，表面变成色调不均匀的黄黑色。这使其装饰性、反光性、可焊性降低，表面电阻增大。银镀层变色后，在一般频率下，对电导率影响不大。为防止银镀层在大气中受硫化物作用而变色，可进行浸亮并铬酸盐处理。但是这样做对其焊接性能影响较大。为此，浸DJB823电接触固体

23、薄膜保护剂之类防银变色剂是较好的选择。它不影响镀银层的焊接性能。下列条件下不允许镀银：a. 作为大气条件下工作的黑色金属紧固件的防护层；b. 受摩擦的紧固件；c. 与含硫的非金属材料相接触的紧固件；d. 与浓过氧化氢接触的紧固件；e. 使用温度大于700；f. 在以硝酸为基的氧化剂介质中工作的紧固件（含接触）。1.6 镀金金镀层相对于铜是阴极性镀层。金镀层呈光泽的金黄色。纯金镀层性软，硬度为40HV100HV，能承受弯曲和延展，但不耐磨。金的化学稳定性较高，在大气中可长时间保持其原有物理、化学性能。一切单一的酸类、碱或硫化物等对金均不起作用。因此，要求电气参数长期稳定的紧固件可采用镀金。硬金镀

24、层是金合金镀层。硬金镀层的耐磨性和硬度高于纯金镀层，显微硬度一般要求为130HV250HV。硬金镀层也具有良好的导电性。商业上称24K、18K、14K的金饰品，其含金量分别为大于95.9%、70.9%79.2%、54.2%62.5%。常见的硬金镀层有：· 金钴合金镀层（往往还含有镍和锑），含金约99.8%，色泽随钴含量的增加而呈金黄至桔黄至绿色，硬度可达190HV。其中，含0.08%0.2%钴的硬金耐磨性最好；· 金镍合金镀层，含金约80，色泽随镍含量的增加而呈金黄至淡黄至白色，硬度可达350HV，但其抗硫化氢、二氧化硫试验的能力差；· 金铜合金镀层，含金约75，

25、色泽随铜含量的增加而呈金黄至玫瑰红至浅红色，硬度可达300HV；· 金银合金镀层，含金约75（16K18K）和约50（12K14K），多作为底镀层以求节金。其外层可再施镀薄层的23K金镍合金以增加镀层的抗蚀性和耐磨性。选用金镀层或硬金镀层时，应注意：a. 用于装饰的紧固件应镀金，不应镀硬金；b. 厚度3m以下的金镀层是多孔的，不宜用银作为底镀层。3m以上的金镀层，其底层厚度可按需要确定；c. 金镀层与锡-铅焊料会形成脆性金属间化合物，从而降低焊接接头的强度；d. 黄铜上沉积金镀层时，建议采用镍镀层作为底镀层。它能防止金属基体中的锌向金镀层表面扩散；1.7 镀合金锌-铁合金镀层、锌-锡

26、合金镀层、锌-镍合金镀层均呈有光泽的银白色。经铬酸盐处理后，镀层可呈彩虹色，允许局部带有微蓝色。锌-铁合金镀层在特殊溶液中进行铬酸盐处理后还可以呈油亮美丽的枪黑色。上述三种合金镀层相对于钢件或铜件均属阳极性镀层。它们在一般大气及工业大气条件下具有很好的防护性能。通过中性盐雾试验表明，经过铬酸盐处理的上述合金镀层，其耐蚀性是经铬酸盐处理的锌镀层的数倍。在海水、海雾直接接触的条件下，其防护性能明显优于锌镀层。锌-镍合金镀层的另一个优点是氢脆性低。一般使用的锌-镍合金镀层中，镍含量为718。含镍13时镀层耐蚀性最佳。大面积镀覆锌-镍合金镀层时，其边角部位与平面中部的镀层含镍量有所差别，将导致其铬酸盐

27、转化膜层的色泽有较大差异。锌-铁合金镀层中的铁含量和锌-锡合金镀层中的锡含量则很少。下列情况下不宜镀上述三种合金之一：a. 在以硝酸为基的氧化剂及其蒸气中工作的紧固件；b. 在浓过氧化氢中工作的紧固件；c. 在工作中受摩擦的紧固件；d. 焊接及有不易清洗的狭小缝隙的紧固件；e. 带有渗碳表面的紧固件；f. 抗拉强度b大于1450MPa的钢制紧固件。需要导电、导磁、焊接的紧固件的上述合金镀层，不进行铬酸盐处理。2 化学转化2.1 钢件的化学氧化钢制紧固件的化学氧化俗称发蓝。其膜层颜色依紧固件材料不同而异，碳钢、低合金钢呈黑色，合金钢依其化学成分和含量不同而呈蓝色、紫色至褐色。钢件的化学氧化过程基

28、本上不改变紧固件的几何尺寸和表面粗糙度。钢件的化学氧化用于下列紧固件的防护：a. 在200以下润滑油中工作，要求精度高、尺寸公差小的紧固件；b. 要求黑色外观而又不能采用其他镀覆层的紧固件；c. 一般防护要求不高的紧固件。钢件选用化学氧化镀覆层时要注意：a. 化学氧化不是钢件防护的可靠方法。在不涂防锈油的情况下，其防护能力差。只有在油中工作时才有一定的防护作用。不允许涂油的紧固件，不宜采用化学氧化；b. 膜层厚度仅为0.5m1.5m。膜层不耐磨，不能施焊；c. 用锡和锡-铅合金焊料钎焊的组合件，与镀锌件、铝合金件、钨接点零件配合的组合件及与锌、塑料、橡胶、皮革等零件组成的组合件，不允许采用化学

29、氧化；d. 化学氧化紧固件与钢、铜零件接触时，钢、铜零件应镀锌或镀镉；e. 带有残余应力的高强度钢及超高强度钢紧固件，在碱性溶液中进行化学氧化易引起“碱脆”。2.2 钢件的磷酸盐处理磷化处理能使金属表面生成难溶性磷酸盐结晶膜层。钢件上锌盐磷化膜层是抗蚀性较好的一种，膜层厚度约5m20m。其颜色依基体材料牌号和表面状态不同而异，呈灰色至暗灰色。45号钢的磷化膜颜色比20号钢的深。30CrMnSiA钢件焊接时，若氩气保护不足，焊缝及其热影响区磷化膜呈红褐色，但这对膜层的抗蚀性及随后涂装层的附着力影响不大。钢件磷化前表面最好进行喷砂，所获得的膜层结晶细致均匀；光滑表面上的磷化膜往往不够均匀；经酸洗除

30、锈表面上的磷化膜结晶粗大。磷化膜具有晶体结构，电绝缘性能好（500以下磷化膜击穿电压可达300V1000V），硬度低，不耐磨，弹性极小。钢件冷镦时，磷化膜有润滑和减摩作用。当承受弯曲或冲击时，膜层疏松以至脱落。磷化膜层在酸、碱中不稳定，在大气条件下其耐蚀性略优于钢的化学氧化（发黑、发蓝）膜层。锌盐磷化处理的末道工序一般是在重铬酸盐热溶液中封闭。但是，在能与铬的化合物作用的介质（如过氧化氢）中工作的零件，磷化后不应进行重铬酸盐封闭。磷化膜层作为防护层，一般还需要补充处理，如涂油。未经补充处理的磷化膜层，在150以上因结晶物失水粉化，其防护性能下降。磷化后的涂油或增水处理，均应在磷化后24h内进行

31、。锌盐磷化膜层适用于下列钢件：a. 在润滑油介质中工作的紧固件；b. 高强度钢和超高强度钢紧固件（磷化件前处理时不允许采用强酸浸蚀）；c. 要求电绝缘的紧固件。下列情况不允许选用锌盐磷化膜层：a. 薄或细的弹性紧固件；b. 要求保持表面粗糙度和具有精密尺寸的紧固件；c. 要进行焊接，尤其是钎焊的紧固件；d. 受摩擦的紧固件；e. 不锈钢紧固件。2.3 铜件的化学转化处理铜及铜合金的化学氧化膜层呈半光泽或无光泽的蓝黑色。在抛光的铜件上可以得到具有装饰性的光亮黑色外观。铜及铜合金的化学氧化用于下列紧固件的防护：a. 要求有黑色外观的紧固件；b. 仪表内部紧固件。铜及铜合金件选用化学氧化时要注意：a

32、. 膜层很薄，防护能力不高，适宜在良好环境下工作的紧固件或仪表内部紧固件的防护与装饰，经过浸油后防护性能有所提高；b. 膜层脆，不能承受冲击，不耐磨。铜及铜合金的化学钝化膜层是一种极薄的铬酸盐膜层。可用于黄铜紧固件的表面处理。其颜色依工艺和基体金属材料不同而异。钝化膜的耐蚀性不高，不耐磨。本色钝化膜层可以接受钎焊，主要用于需进行钎焊紧固件的防护。彩色钝化膜层不宜钎焊,可作为不要求电镀的紧固件的防护。2.4 铝件的化学转化处理铝及铝合金的化学氧化膜层颜色依工艺不同而异，一般为浅金黄至彩虹色。这种工艺方法简单，成本低，对基体金属的疲劳性能影响小。铝及铝合金的化学氧化用于铆钉、垫片等紧固件的防护。铝

33、及铝合金件选用化学氧化时要注意：a. 膜层耐蚀性低于阳极氧化膜层；b. 膜层薄，电阻小，与基体结合力好，能承受轻微弯曲，但不耐磨，易被擦伤；c. 受摩擦或气流冲刷的紧固件及使用温度超过65的紧固件，不宜采用化学氧化。3 阳极氧化3.1 铝件的硫酸阳极氧化硫酸阳极氧化是铝及铝合金紧固件电化学处理的主要方法，简称为阳极化。硫酸阳极氧化膜层在大气条件下具有良好的防护性能。阳极氧化膜层的颜色取决于铝合金的成分和热处理状态。如纯铝的阳极氧化膜层呈无色透明；含硅铝合金的膜层呈深灰色。一般膜层厚度为5m15m，设计图样上通常不标注膜层厚度要求。正常情况下，第一次阳极氧化后，零件尺寸变化为5m5m。以后返修时

34、，每重新阳极氧化一次，零件单面减薄8m 15m。多次返修将使零件上螺纹精度等级下降，影响其“自刹”力。硫酸阳极氧化膜层多孔（孔隙率约2050），容易着色。用于防蚀的膜层常在重铬酸盐热溶液中封闭，呈黄绿色。经重铬酸盐、沸水、蒸气封闭（填充）或者着色后，可以得到各种颜色。着色的氧化膜层防护性能低于重铬酸盐、沸水（或蒸气）封闭的氧化膜层。以有机染料着色的膜层耐晒性较差；采用换向脉冲阳极氧化工艺成膜并以无机盐（可以加入少量有机染料）着色的膜层耐晒性好。以溶于矿物油的有机染料着色的紧固件不能在油泵内腔中工作。膜层经加热至150以上时，出现肉眼可见的发纹。随温度升高发纹变短、变细，且数量增加，但耐蚀性无明

35、显影响。纯铝经抛光的表面，阳极氧化后可获得光亮的装饰性氧化膜层。经喷砂后化学抛光的表面，阳极氧化后可获得装饰性良好的乳白色膜层（铝硅合金除外）。常规硫酸阳极氧化膜层不导电。它具有一定的耐磨性。膜层脆，基体变形后膜层表面会出现裂纹。硫酸阳极氧化膜层适用于：a. 在大气、压缩空气、乙醇及硝酸为基的氧化剂中工作的紧固件；b. 要求装饰和识别标记的紧固件。下列情况不宜采用硫酸阳极氧化膜层：a. 厚度小于或等于1mm的紧固件；b. 存在螺纹孔径不大于6mm的盲孔；c. 因结构形状所限，在阳极氧化时将形成气囊且不易排除的紧固件；d. 对疲劳性能要求高的紧固件；e. 精密度高的密封紧固件。下列情况不允许采用

36、硫酸阳极氧化膜层：a. 带有可能残留阳极氧化溶液的缝隙的紧固件，以及已搭接、点焊或铆接的组合件；b. 由不同铝合金件已构成的组合件及铝件与非铝件已构成的组合件。3.2 钛合金件的阳极氧化钛及钛合金的阳极氧化处理可以采用多种溶液配方和工艺规范，其用途也有所不同（见表24-2）。采用磷酸法进行阳极氧化制备彩色膜时，膜层颜色与氧化电压的关系见表24-3。其中，以获取蓝色膜居多。蓝色膜生产时，电压先升至30V35V，时间 0.3min0.5min。当膜色变蓝后，电压调至25V并保持恒定。这种方法适用于TC3、TC4、TC7钛合金零件的阳极氧化。表24-2 钛及钛合金阳极氧化的溶液配方与用途配方成分用途

37、1磷酸三钠、磷酸、氢氧化氨 作为耐磨、耐擦伤表面和涂干膜润滑剂的底层2磷酸、有机酸用于制备彩色膜3重铬酸钾、硫酸锰、硫酸铵用于制备黑色膜表24-3 钛及钛合金（磷酸法）阳极氧化膜层颜色与氧化电压的关系电压 V72025508090膜层颜色褐紫蓝黄金黄绿4 机械镀机械镀是将被镀零件、金属粉末、冲击料（玻璃珠）及各种处理剂放入滚筒中，通过滚筒转动产生的动能将金属粉末冷焊到零件表面上形成镀层的工艺。常用的是机械镀锌或镀锌-铝合金，还可以镀镉、锡、镉-锡合金等。在美国，这些镀覆层都已颁布相应的ASTM和MIL标准；在国内，汽车紧固件也已开始应用机械镀。机械镀的工艺流程如下：除油水洗弱酸性水剂滚光水洗机

38、械镀水洗铬酸盐处理水洗干燥机械镀锌时必须加入一定数量的锡粉，它对锌粉起粘结作用。以机械镀锌-铝合金代替机械镀锌可显著提高镀层的耐蚀性能。用纯金属粉进行机械镀获得的含锡2530、含铝0.5%2.0%的锌-锡-铝三元合金，是由锌、锡和铝三个独立相组成的混合物。镀层外观呈灰白色，略带光泽，比较平整。镀层厚度可以控制为6m8m，与基体金属的附着良好。该镀层经低铬法铬酸盐处理后，外观不光亮，但耐蚀性显著提高。耐中性盐雾试验时间为216h（出白锈），出红锈时间大于1248h。两者分别是氰化镀锌并经高铬法铬酸盐处理镀层的23 倍。如果镀层上再浸涂水溶性透明涂料，还可以进一步提高耐蚀性能。按照HB 50678

39、5氢脆试验方法进行试样氢脆性试验，经机械镀锌后的试样在缺口抗拉强度75的载荷下持续200h 未断裂。机械镀锌具有设备与生产过程比较简单、基本无三废污染、不会对基材产生氢脆等优点，适用于各类标准件、紧固件，特别是对氢脆敏感的超高强度钢制零件的镀覆。不过，其镀层不是光亮的。5 非电解法片状锌粉涂层非电解法片状锌粉涂层工艺（Non-electrolytically applied zinc flake coatings），俗称锌铬膜涂覆工艺或达克罗（Dacromet）技术。典型的锌片涂层组成（体积百分数）为75Zn、10Al，其余是铬的氧化物。铬的氧化物作为粘结剂存在于层层叠加的低能表面片状锌粉、铝

40、粉之间，其存在形态是非晶态的复合物。涂层固化过程经历了水分挥发、六价铬还原、过剩有机物分解以及铬化合物非晶态化等。锌片涂层对钢铁(阴极)的保护作用在于壁垒效应、牺牲阳极作用和阳极牺牲速度受到控制。也就是说,由于锌鳞片、铝鳞片层状重垒及含铬非晶态复合物的屏障作用，阻碍了水和氧分子等腐蚀介质和去极化剂到达基体；锌片涂层和钢铁基体之间的电位差足够锌片涂层对钢铁基体起牺牲阳极作用；铝的存在和贯穿整个涂层的铬酸盐转化膜控制了锌的消耗速度，使该阳极牺牲速度减慢，耐蚀防护的寿命延长。锌片涂层具有高耐蚀性，外观为亚光银灰色，有点象银粉漆。其工艺流程如下：预处理锌铬膜处理（浸渍并甩干）固化（280330）冷却后

41、处理（毛刷清理）锌片涂料分为母液和基液（有时分为主剂、架桥剂、增粘剂三种），以成品供应。基液是由极细的片状锌粉和铝粉组成，母液由酸及铬盐类组成。使用时将两者混合配制成槽液。槽液必须连续循环或搅拌，防止基料沉降，一般应现配现用。涂层厚度由浸渍及甩干时间和甩干速度等工艺参数决定。一般浸渍时间为0.5min2min。每浸一次涂膜增厚3m4m，一般需浸23次。锌片涂层就其润滑性，有整体润滑膜层（flZnL）和外表润滑膜层（flZn-L）之分；就其含铬酸盐与否，有含铬酸盐的膜层（flZnyc）和不含铬酸盐的膜层（flZnnc）之分。锌片涂层的优点在于它具有极好的耐热腐蚀性，优异的耐候性与耐化学品稳定性。

42、耐中性盐雾试验时间参见表24-4。它无氢脆，无污染和公害，外观柔和，可进一步涂饰。涂液渗透性极好，适用于钢铁件、铸件和轻金属件的表面防腐蚀处理。它可以替代镀镉层用于高强度钢件。GB/T 5267.22000（等同采用I SO10683：2000）标准中，它已作为标准紧固件的涂层予以推荐。表24-4 锌片涂层耐中性盐雾时间与涂膜最小厚度的关系耐中性盐雾试验时间h涂层最小厚度 m含铬酸盐的膜层不含铬酸盐的膜层2404648058720810960912注：摘自GB/T 5267.22002（等同采用ISO 10683:2000）。6 粉末渗锌粉末渗锌（JB/T 50671999中简称为 “粉末渗锌

43、”）是将锌粉与钢制零件置于密闭容器（最好有一定的真空度）中，加热到400左右，使活性锌原子向钢制零件由表及里扩散，同时少量的铁原子由里向外扩散，从而在零件表面形成一层锌-铁金属间化合物，即渗锌层。渗锌层由不同锌铁比的化合物相组成，由基体内部到表面主要包括（Fe3Zn10）相、（FeZn7）相与1（FeZn13）相。当处理温度较低、处理时间较长时，会出现少量的相（即呈相）。渗锌层厚度一般为25m40m。粉末渗锌工艺流程包括前处理、渗锌与后处理三个阶段。前处理用以获得清洁的零件表面。主要工步是：除油去锈（二合一）水洗浸溶剂干燥渗锌在专用（真空）热渗锌设备中进行。将零件及渗锌剂装入密闭容器中加热、慢

44、速旋转，并控制扩散温度和时间（约2h3h）。后处理可使渗锌件耐腐蚀性提高并且更为美观。其主要工步是：抛光水洗铬酸盐处理水洗转化膜老化渗锌层具有优良的耐腐蚀性能，其大气暴露试验、盐水浸渍试验及盐雾试验结果，均优于1Cr18Ni9Ti不锈钢。这是由于组成渗锌层的锌-铁金属间化合物的电极电位低于铁，而高于锌。作为牺牲阳极防护既可保护铁又不象纯锌那样“牺牲”得太快。渗锌的均匀性好，即使是沟槽、内孔，都能充分渗入，不致形成防护弱点。渗锌层表面硬度可达250HV350HV（电镀锌层硬度70HV），耐磨性和耐划伤性较好，渗锌层与基体之间不存在镀层与基体结合力的问题。渗锌处理对零件的强度和精度几乎无影响，不会

45、产生氢脆危害。螺纹紧固件粉末渗锌，不影响紧固件的尺寸精度，现已成为ISO标准和国家标准中紧固件规定可供选用的镀覆方法之一。7 热浸镀锌热浸镀锌（GBT 139121992中简称为 “热镀锌”）是将被镀的紧固件浸入熔点较低的液态金属锌或其合金中进行镀覆的方法。紧固件热浸镀锌多采用熔剂法。净化过的钢件浸入镀锅之前，其表面先形成一层熔剂层以防止氧化并进一步清除表面残留物。浸镀时此熔剂层受热挥发，使新鲜的钢表面与熔融金属直接接触，发生浸润、溶解、化学反应、扩散，在钢件表面顺序形成相、1相和相合金层并附着一层熔融金属锌，经冷却后形成相锌镀层。各相合金中锌含量由77至99.97%逐渐增加。现代热浸镀锌生产

46、中，通常在熔融锌液中添加少量铝以提高镀锌层的附着力。此时合金层中的主相为Fe2Al5，而1相和相的数量很少。不存在脆性的相。热浸镀锌层是一种价廉而耐蚀性良好的镀覆层。由于锌的电化学特性，它对钢基体具有“牺牲”保护作用；而锌层在大气中的腐蚀产物（碱式碳酸锌）比较致密，附着良好且不溶于水，对锌层又有一定保护作用。因此热浸镀锌被广泛用于保护钢材及其制件免受大气腐蚀，特别适于标准件、紧固件的大批量生产。以吊蓝法热浸镀锌的紧固件生产工艺流程如下：脱脂水洗酸洗水洗熔剂处理烘干浸镀锌后处理交验净化过的紧固件先放入熔剂处理转筒中，然后浸于熔剂槽内，用螺旋推进器从出口端排出，并自动进入烘干滚筒，并逐渐由推进器推

47、出落入筐篮中。将装载紧固件的筐篮吊入锌锅中热浸镀锌（450470，2min5min）。镀后吊在离心机的转盘上甩掉多余的锌液。8 紧固件的简单处理8.1 不锈钢件的钝化不锈钢的化学钝化膜层是一种极薄的氧化膜层，其颜色依基体金属材料不同而异。例如，1Cr18Ni9Ti不锈钢件的钝化膜层呈金属本色；1Cr13、2Cr13、1Cr21Ni5Ti等牌号的不锈钢件的钝化膜层呈较暗色泽。化学钝化膜层可以提高不锈钢的抗大气腐蚀能力，可作为机械切削加工后不锈钢紧固件的简单防护处理。8.2 铝合金件的酸洗铝件的所谓酸洗，一般是将经过化学除油的紧固件放在氢氧化钠溶液中进行碱性浸蚀，经水洗后再放入硝酸溶液中出光，形成

48、具有金属本色的均匀表面。另一种方法是三酸（硝酸、铬酸、氢氟酸）脱氧工艺。三、紧固件镀覆层选择原则选择镀覆层应考虑以下因素：a. 紧固件材料、热处理状态、结构、形位公差和配合、加工方法、表面粗糙度；b. 紧固件材料的性能等级(强度级别)；c. 镀覆层的特性和应用范围；d. 镀覆层与接触件相互接触电化学偶；e. 镀覆层的使用目的和要求。对于碳钢、合金结构钢及含铬18以下的不锈钢紧固件一般应施加防护层。含18以上的不锈钢零件一般不施加镀覆层，但需进行钝化处理。高强度钢、超高强度钢对氢脆、镉脆、锌脆、锡脆等很敏感，选择镀覆层时需严格控制。铝及铝合金件需施加阳极氧化或化学氧化（转化处理）等防护层。一般条

49、件下铜及铜合金件的镀覆层与钢件相似，除防腐蚀和装饰外，主要用于导电、插拔耐磨等功能。钛及钛合金件需采用镀覆或其他措施（如阳极氧化、镀硬铬等）以达到耐磨、防擦伤、防接触腐蚀及阻滞吸氢脆断。在考虑镀覆层与接触件的接触电化学偶时，应尽可能选择在电化序中相邻的金属和镀覆层相接触。相对于基体金属，应尽量选择阳极性镀覆层。应避免存在“大阴极小阳极”现象。1级接触偶会引起影响不严重的接触腐蚀。此时应在活动零件的接触部分涂油或在不活动零件的接触部分涂油漆，以提高其使用的安全性。2级接触偶会引起影响严重的接触腐蚀。若不能避免时，必须用绝缘垫将金属隔开；如果需要导电，则应另选一种与这两种材料的接触腐蚀都比较轻微的

50、金属作为镀层或中间垫片。镀覆工艺对基体材料力学性能有不同程度的影响。主要受力件在选择镀覆层时，应考虑其应力集中敏感性、强度、疲劳性能等要求。选择镀覆层时应注意其使用温度范围。使用温度超过所允许范围，不仅影响镀覆层耐蚀性、耐磨性等性能，还可能导致基体金属开裂和脆断。在密闭情况下应考虑一些有机挥发气氛会导致镀锌层、镀镉层腐蚀。因此，产品设计时，要注意产品及其包装上与镀锌层、镀镉层相邻的有机材料（如包装材料、涂敷材料、电器电缆包覆材料等）的合理选用。其挥发气氛重度腐蚀锌镀层的有机材料是：酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、油脂漆、黄漆绸（布）、酚醛压塑料（FS602）等；其挥发气氛腐蚀锌镀层的有机材料是：油基天

51、然树脂漆（脂胶漆）、不饱和聚酯绝缘漆、粘胶剂、甲醇胶等；其挥发气氛重度腐蚀镉镀层的有机材料是：不饱和聚酯绝缘漆、酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、油脂漆、绝缘黄漆管、黄漆绸（布）、酚醛压塑料（FS602）、柳桉、水曲柳、榆木、加纳克隆胶合板、脲醛榆木胶合板、豆胶桦木胶合板、润滑脂（ZY221）、甲醇胶等；其挥发气氛腐蚀镉镀层的有机材料是：过氯乙烯磁漆、油基天然树脂漆（脂胶漆）、天然生胶、白松、红松、脲醛水曲柳胶合板、脲醛椴木胶合板、软钢纸板、粘胶剂等。在产生上述重度腐蚀的场合，应禁用锌镀层和镉镀层；在产生上述腐蚀的场合，应限用锌镀层和镉镀层。凡需镀覆的螺纹紧固件，应优先按GB/T 5267.1 紧固件

52、电镀层规定选取镀覆层厚度。凡由市场采购紧固件毛坯自行镀覆的，应按GB/T 5267.1规定选购合适的精度等级较低的毛坯件，以便为镀层预留足够的裕量。四、紧固件镀覆前后的有关处理1 表面预处理紧固件表面处理前均需要进行表面预处理。它直接影响镀覆质量，关系到镀层的使用寿命。其作用是增强镀层对工件表面的附着力，为镀层的美观平整准备条件，增加表面抗腐蚀能力。工件表面的污物将引起镀层剥落、起泡、花斑和抗蚀性差等弊病，造成镀层不合格而返工。金属镀覆和化学处理前的表面预处理一般包括以下工序：a. 表面整平，使工件表面光滑平整，无毛边、锐角和凹坑；b. 脱脂（除油）；c. 酸洗（强浸蚀），去除工件表面的锈蚀和

53、氧化皮（膜）；d. 弱腐蚀，去除工件电解除油表面的薄层氧化膜，显露金属晶格组织以便镀覆。常用机械预处理方法有滚光、振动擦光、喷丸、喷砂等。根据紧固件大小和表面状况，可以选择其中的一种或两种方法。紧固件表面存在油膜将影响镀覆层与基体的结合力。油可分为皂化类（如动物油、植物油）和不皂化类（矿物油）。前者可与碱性溶液起皂化作用而被除去；后者不溶于水，也不与碱液起皂化作用。根据油的不同类别，除油的方法有有机溶剂除油、化学除油和电化学除油等。溶剂除油法对皂化、非皂化油均有效，可用作零件涂漆、真空镀之前的除油或镀覆与化学处理前的初步除油。使用溶剂时应注意防火和通风。化学除油大多使用加入少量表面活性剂的热碱

54、性溶液。化学除油一般可作为零件化学处理前的除油或镀覆前的初步除油。电化学除油（或称电解除油）是在碱性溶液中以紧固件作为阴极或阳极，在电流作用下进行电解，以清除紧固件表面油膜的方法。电化学除油是紧固件电镀所必须的。钢铁零件常采用阴、阳极联合除油法，尤以周期换向电解除油最佳；薄壁件和弹簧件为防止氢脆应采用阳极除油；铜件则应采用阴极除油，以免引起零件腐蚀。浸蚀俗称酸洗，按其性能与用途可分为强浸蚀、弱浸蚀和光亮浸蚀。常用的酸洗剂有硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸等，可按一定成分和比例配成酸洗溶液。为去除紧固件上的厚氧化皮、锈蚀物、硬化表层、脱碳层及疏松层，多采用强浸蚀；为去除紧固件表面极薄的钝态膜层并使其表面

55、活化，多采用弱腐蚀；为去除紧固件表面的薄层氧化物或浸蚀残留物并提高表面光泽，则采用化学或电化学方法进行光亮浸蚀。不锈钢件和钛合金件常使用复合式酸浸蚀工艺，即在酸浸蚀之前增加一道预处理工序，使氧化皮变得疏松易于去除，然后再进行酸浸蚀。铝件的表面预处理就是酸洗。2 镀前消除应力处理和镀后除氢处理紧固件镀前存在内应力，可能造成镀层变形、破裂或起泡。凡经机械加工、磨削、冷成形、冷拉伸、冷矫正的紧固件，当其材料抗拉强度最大值大于或等于1050 MPa时，除表面淬火件外，应按GB/T 12611金属零（部）件镀覆前质量控制要求的规定进行消除残余应力的热处理。在阴极电解除油、镀前酸洗及电镀过程中所产生的原子

56、态氢很容易被基体金属吸附，并进入基体金属内部。高强度钢、超高强度钢、钛合金等材料制成的紧固件将因此而形成氢脆隐患。关于氢脆的产生原因，在GB/T 3098.172000紧固件机械性能 检查氢脆用预载荷试验 平行支承面法（idt ISO 153301999）中引述了ISO的如下引言：“当氢原子进入钢基体后，在应力作用（很可能是在材料的屈服强度以下，甚至是在正常的设计强度内）下，会引起韧性或承载能力的降低，发生断裂（通常是亚微观的）或者突然脆性失效。有这种现象的合金，通过常规的拉力试验检查不出其韧性的降低。这种现象常常称之为由氢引起的延迟脆性失效，氢应力断裂，或者氢脆。在热处理、气体渗碳、清洗、酸洗、电镀过程以及在工作环