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汽车紧固件达克罗表面处理

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  汽车紧固标准件,大多数人总是认为紧固件的机械性能与生产紧固件的材料.冷成型加工的参数设定和成型方式、热处理工艺控制及热处理工艺参数选定有关,错误地认为表面处理对紧固件的机械性能的影响不大,表面处理只是解决紧固件的外观或抗腐性能,延长紧固件使用寿命。而实际情况并非如此,采用表面处理的方法不合适或操作不符合工艺参数要求,直接影响到紧固件的机械性能,绝非局限于表面抗腐性能或外观。


  一、金属防腐蚀意义


  1.金属受到环境因素的影响。籍着化学或电化学反应所造成之破坏性侵害,称之为腐蚀。几乎所有的金属制品,在一定的环境中,都会有若干形态之腐蚀现象,而紧固件是金属制品,自然无法避免金属腐蚀问题,其使用环境及时间不同时,腐蚀现象亦有明显的差异。特别是沿海地区,大气中之盐分及湿度极高,又有许多污染性工业,如:钢铁、石化、火力发电等,加上近年来汽车、机车大幅成长,大量的排放的废气,使空气中充满了腐蚀性的硫化物及微粒,这些都是造成金属腐蚀的主要原因。


  2.金属腐蚀会造成巨额之设备维护成本及严重的经济损失,如因腐蚀而增加设计、制造、保养及维修费用,或甚至发生危害及灾难。紧固件的使用范围最广,数量需求亦最大,其抗蚀能力的优劣决定其使用之耐久性,对设备至安全可靠性有重大影响。因此,研究抗蚀对性能的影响很有必要,也是当前的主要课题。


  二、汽车紧固件机械性能


  1.汽车紧固件在整车成本中仅占1%,而其数量则占整车零件数量的70%,汽车装配工作量大部分是安装紧固件。汽车的可靠性在相当大程度上维系与紧固件本身质量与装配质量。费用低、用量大、作用重要是汽车紧固件的独特之处。螺栓和螺母在整个工业技术领域中是最实用的紧固组件,他们可以经受很高的工作负荷,也可以拆卸下来再加以利用。螺全连接是基于可拆卸连接设想而创作的,可以用一-个或多个螺栓来连接两个过多个零件。这样,连接起来的部件皆可以项一个零件那样运动和移动。螺栓连接必须能抵抗外力的作用,使已被破坏的零件不会向分离方向移动,否则会造成螺栓接头的松动、破坏或脱落,这就是为什么工程人员所设计的螺栓连接在履行其功能的同时,必须经得住加给它的所有各种了的作用。用螺栓连接方式进行装配,其任务是使被装配的零件牢牢地紧固在一起,使外力不能将他们分开。因此,在设计螺栓连接时,直接作用在螺杆周围的力要特别给了考虑,也就是说螺栓的机械性能好坏直接影响螺栓的连接性能。


  三、金属防腐机理


  1.表面防蚀处理是指运用各种方法在金属表面施加保护层,其作用是将金属与腐蚀性的环境隔离,以抑制腐蚀过程的产生,或减少腐蚀性介质与金属表面接触,.而达到防止或减轻腐蚀的目的。保护层应能符合下述要求:1.耐蚀、抗磨、高硬度;2.结构紧密、完整、空隙小:3.与基体金属结合牢固、粘结力好:4.均匀分布且有定厚度。保护层通常分为金属涂层和非金属涂层两类,金属涂层是指耐腐蚀性较强的金属在容易腐蚀的金属表面形成保护层,这种涂层又叫镀层。产生金属镀层的方法和种类很多,最常用的是电镀法,其次是熔融金属浸镀法及化学表面处理。


  2.非金属涂层是指用有机高分子材料如油漆,及无机材料如陶瓷,在金属表面上形成保护层。该保护层能将基体金属与环境介质完全隔离,防止金属基体因接触介质而造成腐蚀。


  3.电镀是指在含有欲镀金属离子的溶液中,以被镀之材料或物品为阴极,通过电解作用,即可在基体表面上获得镀层。在电解过程中,电极和电解液之间接口上发生化学反应,阳极释放电子发生氧化反应,阴极吸收电了发生还原反应。电镀可为材料或物品覆盖一层较均匀及具有良好结合力的镀层,以改变其表面特性及外观,达到材料保护或装饰的H的,电镀时需用直流电(低电压、大电流),并能适当控制电流密度及通电时间以获得需要之镀层厚度。


  4.紧固件镀锌,因锌与其它电镀用金属相比,价格低廉,且锌的耐蚀性在大多数情况下远远优于钢铁,镀锌层能保护在不连续部分、小孔、破裂及切边处露出之钢铁。所以-一般的紧固件或易遭受大气腐蚀作用的紧固件大都采用镀锌处理。紧固件不像板或棒材那样形状无变化或表而平滑,因此镀锌层的厚度在各部位难得均匀,常常出现头部最厚,螺纹牙顶侧面其次,螺纹故最薄。


  四、表面处理对机械性能的影响


  1.生产高强度紧固件包括:线材的球化退火、酸洗、磷化和皂化、紧固件成型、预清洗、奥氏体化、淬火、中间清洗、回火、表面处理(如电镀)和对于去氢的再回火处理等。虽然在氮气和天然气保护气氛中进行球化,退火处理期间仍然会吸收氢气,而在酸洗和磷化期间也会增加吸收氢气。如果紧固件不清洁,在后续的热处理中就会产生进一步的氢脆。


  2.在进行后续热处理之前,紧固件的表面一定要清洁,做到没有任何非金属污染物,这一点非常重要,如果在紧固件表面残留有润滑剂的磷和硫,它们就会扩散到基体里,并形成三角铁素体,进而增加氢的吸收并引起脆裂。基于这一点热处理之前的预清洗是非常重要的。


  3.预清洗工艺是由去油、去鳞、冲洗和干燥工序组成的。如果紧固件消除不了去鳞和清洗的事实,可能会导致后续热处理脆裂。


  4.对于进行奥氏体化的大批量紧固件,紧固件淬火和回火通常是在用丙烷浓化了吸热反应的保护气氛中进行的,氮气和甲醇的混合物在炉内裂解也用作--种保护气氛。


  5.在保护气氛中的氢,根据运载气体的成分,在31%-67%之间变化。氢分子渗入紧固件表面,并在奥氏体温度下被溶解掉。在基体里的氢的可溶度比在高温下高6倍。因此,在淬火以后,在紧固件内部发现氢的含量高,在温度超过300C回火时,氢就会渗进基体里。越来越要求紧固件表面具有特殊的处理、防腐性和均一的启动扭矩,表面处理通常是电镀、涂层、或磷化等,所有的表面处理有一个共同的前提是必须去除黑色层,或者说紧固件表面有金属光亮,为了获得金属光表面,有必须对零件进行酸洗处理。


  6.酸洗是在稀盐酸中进行的,把紧固件放在热盐酸里搅动浸泡10-15分钟,可以这样认为:从酸洗处理到表面处理(如电镀)期间,大部分氢浸入到紧固件表面。为了避免会减少延迟氢导致的断裂危险,在电镀表面处理之后,对紧固件进行接续热处理,这种再退火工艺是在温度200'C左右进行的,处理的时间很大程度上决定于在酸洗处理期间吸收氢的数量和施加在紧固件表面涂层渗透率。紧固件再退火处理的唯--目的是加速氢的渗出,这种紧固件交付无氢脆断裂现象。


  7.紧固件电镀时在阴极电解除油、镀前酸洗及电镀过程中所产生的原子态氢很容易被基体金属吸附,并进入金属内部。高强度紧固件因此而形成氢脆隐患。当氢原子进入钢基体后,在应力作用下,会引起韧性和承载力的降低,发生断裂或者突然脆性失效。有这种现象的合金,通过常规拉力试验检查不出其韧性的降低,这就是由氢脆引起的延迟脆性失效或氢应力断裂。为了减少紧固件电镀后的氢脆敏感性,凡抗拉强度≥1050MPa的钢制紧固件,镀覆后都应尽快在4H之内进行驱氢处理。


  8.氧化处理是将钢铁浸于含氧化剂的碱性溶液中,例如硝酸钾或硝酸钠之氢氧化钠溶液中,并保持沸点为140'C左右,或将钢铁件浸于硝酸钠及硝酸钾之熔盐中,取出后淬于水中,在其表面可得到一层悦目的黑色氧化物即氧化铁膜,其成分为氧化亚铁与氧化铁之混合物,是提高黑色金属防蚀能力的一种简便又经济的方法。钢铁氧化膜的厚度极薄,氧化处理过程中溶液的氧化剂浓度越高,生成氧化膜的速度也越快,而且膜层致密、牢固。溶液中碱的浓度适当增加,获得氧化膜的厚度增大,碱的含量过低,氧化膜薄而脆弱。溶液的温度适当升高,可以提高氧化致密度。工件含碳量越高,越容易氧化,氧化时间越短。氧化处理时间主要根据钢件的含碳量和工件氧化要求来调整。调整时间的长短和氧化液的浓度高低直接影响工件性能。抗拉强度Rm≥1000MPa的高强度螺栓可能发生碱脆,导致黑色氧化过程中在内部或外部应力作用下自发开裂,即带有残余应力的10.9级以上高强度紧固件在碱液中进行化学氧化易引起“碱脆”,致使紧固件性能得不到正常发挥。


  四、结论


  1、高强度紧固件在选择电镀表面处理时,应在技术檔中规定并注明在电镀之后、铬酸盐之前(4小时之内)及时进行去氢处理。当去氢处理不彻底或与热处理回火脆性重迭时,致使高强度紧固件功能丧失,后果非常严重。


  2、10.9级以上高强度紧固件(Rm≥1000MPa)严禁在碱性溶液液中进行表面氧化处理,否则,发生“碱脆”开裂,致使紧固件性能得不到正常发挥,造成致命缺陷。


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  五、达克罗简介百科:


  达克罗是DACROMET译音和缩写,简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层,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。


  1、达克罗主要成分


  达克罗涂液种类繁多,但涂液的基本组成可归纳如下:


  1.金属物:由锌、铝等物质组成,主要为超细鳞片状锌、超细鳞片状铝。


  2.溶剂:为惰性有机溶剂,如乙二醇等。


  3.无机酸组分:如铬酸等。


  4.特殊有机物:为涂液的增粘分散组份,主要成份为纤维素类白色粉末。


  2、达克罗防腐机理


  达克罗膜层对于钢铁基体的保护作用可归纳为以下几点:


  1.壁垒效应:由于片状锌、铝层状重叠,阻碍了水、氧等腐蚀介质到达基体的进程,能起一种隔离的屏蔽作用。


  2.钝化作用:在达克罗的处理过程中,铬酸与锌、铝粉和基体金属发生化学反应,生成致密的钝化膜,这种钝化膜具有很好的耐腐蚀性能。


  3.阴极保护作用:锌铝铬涂层最主要的保护作用与镀锌层一样,是对基体进行阴极保护。

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