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机械镀锌

发布时间:2017-05-19

机械镀的定义

 

  机械镀锌:在锌粉及分散剂、促进剂、液体介质等化学物质存在的条件下,利用冲击介质(如玻璃珠)冲击碰撞钢铁制件表面而在制件表面形成镀锌层的表面处理工艺。

 

机械镀的适用范围

 

  工件能否用机械镀锌进行表面处理要视其尺寸和形状而定。一般长度小于300mm,质量小于0.5kg的工件  适合于机械镀锌。再大些的工件虽然也可以加工,但会因装载量少而影响生产成本。带盲孔和深凹槽的工件不适合机械镀。可以进行机械镀的金属基体有许多,包括碳素结构钢、低合金高强度钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、可锻铸铁、灰铸铁;粉末冶金件、黄铜铸件、青铜铸件、烧结铜件以及粉末冶金的铁氧体。

 

分级、分类

 

3.1 机械镀锌层分级机械镀锌按其镀锌层的厚度分成如表1所示的几个等级。

 

  表1机械镀锌层等级及其代号等级代号镀锌层的最小厚度,μm110Fe/Zn110M10780Fe/Zn80M8170Fe/Zn70M6965Fe/Zn65M6655Fe/Zn55M5350Fe/Zn50M5040Fe/Zn40M4025Fe/Zn25M2512Fe/Zn12M128Fe/Zn8M85Fe/Zn5M5  注:代号的表示方法为:Fe-基体为钢铁,Zn-镀层为锌,数字-等级,M-机械镀。例如:Fe/Zn50M表示钢铁基体上镀层等级为50的机械镀锌层。

 

3.2 机械镀锌层等级的选择

 

  在相同的腐蚀环境下,机械镀锌层的耐腐蚀寿命与其厚度成正比,但增加镀层厚度的同时也增加了制件的几何尺寸。对于有配合要求的制件如紧固件等,应在考虑使用寿命的同时考虑配合要求。另外,增加镀层厚度也会使生产成本增加。所以应综合考虑以上因素,选择合适的机械镀锌层等级。

 

2给出了不同类型的大气环境下镀锌层的腐蚀速率,供选择等级时参考。需要说明的是,虽然表2是在广泛实验的基础上得出的数据,但是因不同地区的腐蚀环境即使在相同类型的大气条件下也会有很大差异,所以在某个地区测得的数据与与这些平均数据可能会有较大的偏差。

 

2不同大气类型下镀锌层的腐蚀速率大气类型平均腐蚀速率(μm/)工业大气5.6城市非工业大气或海洋大气  1.5郊区大气1.3农村大气0.8室内<0.5

 

3.3 机械镀锌层分类

 

根据机械镀锌后是否需要进行铬酸盐钝化处理而将机械镀锌层分为以下两种类型:类型Ⅰ:机械镀锌后不进行铬酸盐钝化处理;类型Ⅱ:机械镀锌后进行铬酸盐钝化处理。   

 

3.4 机械镀锌层类型的选择

 

  类型Ⅰ

 

  1)如果制件在使用过程中,表面形成的白色腐蚀产物并无害处或可以被接受,在这种情况下使用类型Ⅰ可降低生产成本。

 

2)制件的使用环境高于70时,铬酸盐钝化膜的耐蚀效果要大大降低,若从经济上考虑,选择类型Ⅰ即可。类型Ⅰ镀锌层可在高达120的温度下使用。   

 

类型Ⅱ  

 

1)类型Ⅱ镀锌层表面的铬酸盐钝化膜可延缓白色腐蚀产物和红锈的出现;

 

  2)类型Ⅱ可以是彩虹色、青铜色、橄榄绿色、黄褐色、棕色或黑色,可以根据需方要求选择上述颜色中的任意一种颜色的镀锌层。

 

4、机械镀锌技术要求

 

4.1工艺过程

 

4.1.1消除应力

 

  抗拉强度σb1000MPa的钢铁制件,以及由于机械加工、研磨、校直、冷加工成型等而产生拉应力的钢铁制件,都应进行消除应力的热处理。热处理工艺条件为:190℃±15℃,≥3h。经消除应力热处理后,制件的硬度不得低于所要求的硬度最低值。

 

4.1.2除油祛锈

 

  采用机械、化学或电化学方法除制件表面的油污、氧化皮或锈迹。对于高强度制件,通常采用电解碱性除油或阳极碱性除油。采用酸浸蚀时加入适当的缓蚀剂,以减小产升氢脆的可能性。

 

4.1.3预镀

 

  预镀处理通常是采用化学浸铜的方法使制件表面预镀上一层较薄的铜层,铜层的厚度不作要求,也可不进行预镀处理。是否进行预镀处理,由供需双方协商决定。

 

4.1.4机械镀锌

 

  除制件外,镀锌滚桶内至少应包括以下物质:a)锌粉用于形成镀锌层的主要成分;b)冲击介质通常采用玻璃珠或其他在机械镀锌工序中与所采用的化学物质基本不起化学反应的物质。冲击介质主要作用是随着滚筒的旋转,产生机械冲击力,将锌粉碰撞沉积于制件表面;c)促进剂主要作用是促进锌粉均匀地沉积在制件表面;d)液体介质通常采用水。

 

4.1.5分离

 

4.1.6漂洗

 

4.1.7干燥

 

4.1.8铬酸盐钝化处理

 

对类型Ⅱ镀锌层,应在含六价铬离子的钝化液中进行钝化处理。

 

4.1.9涂覆蜡、清漆或其它有机涂层

 

在机械镀锌层上涂覆蜡、清漆或其它有机涂层可以改善润滑性能或提高耐蚀性。

 

4.1.10清除氢脆处理

 

  虽然高强度钢在机械镀锌过程中是不产生氢脆的,但在除油去锈,特别是在酸浸蚀法去锈过程中,仍有产生氢脆的可能。所以这类制件在经过机械镀锌之后,承受载荷之前,应在室温下至少放置48小时,或由供需双方协商采用适当的方式消除氢脆。

 

4.2外观

 

4.2.1镀锌层应覆盖所有的有效面积,包括螺纹的齿根、齿尖和边角。

 

4.2.2镀层外观应色泽均匀,呈非光亮或半光亮状态。注:机械镀的特点决定了机械镀锌层不如电镀锌层光滑和光亮

 

4.2.3镀层无起皮、无夹杂、无结瘤、无气孔及其它影响外观和性能的缺陷。

 

4.2.4由制件基体表面的砂眼、夹杂等缺陷而造成的镀锌层外观缺陷和表层因漂洗干燥引起的污迹,颜色和光泽的不均匀,不应视为镀锌外观不合格。

 

4.3厚度

 

4.3.14.3.2所述区域外,有效表面上任意一点的镀锌层厚度应达到表1的要求。

 

4.3.2机械镀锌的特点决定了其镀层厚度存在不均匀性,在制件的边角、刃口、内孔和凹槽等区域,镀层厚度较薄,这些区域的镀锌层厚度允许低于表1的要求,或由供需双方协商确定这些区域的最小厚度要求。

 

4.4附着强度

 

4.4.1机械镀锌层与基体应结合良好,并能承受制件在规范条件下的操作。

 

4.4.26.3中所述试验后合格。

 

4.5耐蚀性

 

4.5.1不同等级和类型的机械镀锌层经8.4所述的中性盐雾试验后,应达到表3规定的试验时间要求。表3机械镀锌层经中性盐雾试验后出现白色腐蚀产物和红锈的最低时间要求出现白色腐蚀产物的时间,h等级551105040251285类型Ⅰ无要求类型Ⅱ72出现红锈的时间,h等级551105040251285类型Ⅰ≥300300250192965636类型Ⅱ≥300300250192967272

 

4.5.2对于类型Ⅱ的镀层耐蚀实验试验不仅要求达到出现白色腐蚀产物的时间要求,而且同时也要求达到出现红锈的时间要求。

 

4.6氢脆高强度钢制件经机械镀锌后,应达到需方指定的氢脆试验要求。

 

5、抽样

 

5.1抽样应按GB/T12609规定的方法进行。

 

5.2如果被镀制件因尺寸、形状或其他原因不适合或不能作为样品进行技术要求的有关实验时,允许采用试样代替实际的制件作为样品,但是所采用的试样应满足以下条件:

 

  a)试样应采用与所代表的制件相同的材料制成,并具有相同的冶金学状态;

 

  b)试样应与制件同时进行完全相同的所有工艺步骤;

 

  c)试样的尺寸、形状及数量由供需双方协商决定。

 

6、检验方法

 

6.1外观在自然散射光下,用肉眼观察。

 

6.2厚度检测

 

  a)显微镜法按照GB/T6462GB/T12334的规定进行检验。显微镜检验法是机械镀锌层厚度的仲裁方法。

 

b)磁性测厚法及其他方法按照GB/T4956中磁性测厚的规定进行检验,也可以按照GB/T6463规定采用其它误差小于10%的方法进行检验。注:类型Ⅱ镀层的厚度测量应在铬酸盐钝化完成后进行,测量厚度之前,应将钝化膜从测量面上去除,可采用非常软的磨料(如膏剂氧化铝或氧化镁),用手轻磨去除钝化层。

 

6.3 附着强度

 

按照GB/T 5270的规定进行检验。

 

6.4 耐蚀性检验

 

按照GB/T 10125的规定进行中性盐雾试验。类型Ⅱ镀锌层在进行中性盐雾试验之前,应在室温下老化24h。涂覆蜡、清漆或其它有机涂料的制件不能作为腐蚀试验的样品。

 

6.5 氢脆试验

 

按供需双方事先商定的试验方法进行。

 

 

 

目前,机械镀工艺技术在国内的生产应用已初具规模,主要表现在:出口零部件有,电力用紧固零件、五金,建筑类制钉、射钉、环链、冲压件,钻尾钉及相关机械产品使用的高强钢弹性零件和紧固件;国内应用方面主要有,高速公路用紧固螺栓、电力用紧固零部件,及机械产品高强钢紧固零件等。

 

工业技术应用的市场化过程,同时也对其本身提出了相应的技术标准及技术升级要求。国内机械镀生产厂及国内外采购商,都在开始关注机械镀产品的镀层技术标准和检测验收。在国内,机械镀锌工艺技术的应用,目前,主要有三个类型机械镀促进剂(引发剂)技术配方和相关工艺技术操作在生产上应用,在镀层技术质量上,因不同促进剂配方结构特点及操作要领就反映出不同的镀层优劣情况。针对这种情况,本文根据相关机械镀技术标准,列举不同零部件产品的机械镀镀层,提出检测判别方法来评估镀层的优劣情况,使相关用户,对机械镀工艺技术的生产应用与质量检测提高到一定的认知水平。

 

1.户外用电力、高速公路螺栓机械镀锌重防腐厚镀层的检测与控制

 

因为是户外使用,所以都重点要求零件表面镀层的含锌量达到350/平米,或镀层厚度为50微米以上;也有更高要求的,目的是要满足户外使用的紧固件达到10-30年以上不生红锈(1)。如,美国输电铁塔镀锌螺栓标准ASTM-A394-93除要求电力螺栓防腐通常可采用镀层含锌量350/平米的热镀锌或机械镀锌外,对特定环境的机械镀锌的镀层厚度也专门提出了镀层最小平均含锌量为1.65盎司/平方呎(5.02/平方分米或71.7微米镀层厚度)以及任意点处镀层的最小含锌量为1.05 盎司/平方呎(4.569/平方分米或65.27微米镀层厚度)我国的《电力金具通用技术条件》GB 2314-1997技术标准也明确提出螺栓的镀锌含量最低为380/平方米 (54.285微米锌镀层厚度)这些镀层含锌量的要求,都是基于锌镀层是电化学阳极保护镀层来确定的,镀层的含锌量多少,是与防腐蚀年限成正比的。镀层厚度检测可采用磁性测厚仪或金相镀层显微剖面来检测。 对镀层与基体的结合力,可按相关技术标准或常规的镀层结合力检测标准来检测。

 

另外,对机械镀的生产工艺技术优劣水平考核时,可根据机械镀形成镀层的特点,在批量生产时,每次滚筒生产零件倒出后,对整体零件镀层韧性目视检察时,不应存在镀层表面在零件的凸刃处产生镀层被冲击脱落现象,并且抽检要求达到镀层的常规硫酸铜试验四次以上;镀层结合力及韧性检察为:用钢制榔头凸刃处冲击零件表面镀层时,可允许被冲击镀层从局部脱落镀层碎渣,但镀层脱掉后,底部不可露裸底层铜色或铁基体。 这两个检察要点将体现该机械镀工艺技术水平的优劣。

 

由于机械沉积镀层的生产厂操作技术方式各异,同时要抽检考核机械镀镀层的密度结构,这是按澳大利亚AS-3566.2-2002技术标准对镀层进行金相显微剖面制备,然后按标准结构密度图形对比,并按密度图形确定的8级标准来考核比较确认。镀层密度8级的金相剖面显微镀层观察时,镀层的空洞就很微小和量少,这一点对户外重防腐锌镀层来讲尤为重要。对镀层的外观检查,除考核表面光亮度(机械镀镀层特性表面为光滑的半光亮镀层、不如电镀层全光亮,但镀层表面光滑、光亮优于热浸镀锌)外,还要检查镀层表面是否有游离金属(锌)粉存在。

 

考核方法是,镀后零件镀层擦拭皮肤时,检查皮肤表面不应挂有黑灰色锌粉。上述几个考核点在生产上都能稳定达到时,就说明其厚镀层的机械镀工艺技术生产已达到优良应用的技术水平。并在其环保及清洁生产工艺对比认同时,对于户外紧固件重防腐锌镀层技术领域,取代污染严重的手工操作热浸镀锌工艺,将具备可比竞争性。

 

各类零部件的机械镀镀层检测

 

2高强钢零部件的机械镀锌

 

这类零件的镀层厚度一般为:5-50微米镀层厚度范围,产品有射钉、弹簧零件、紧固件、冲压件等,应用机械镀锌主要是防止镀锌过程对这类淬火钢基体产生渗氢并造成对零件基体氢脆危害。机械镀镀层沉积过程不通电,没有电化学阴极析氢现象,所以对淬火钢基体不产生氢脆危害,这就是机械镀工业应用的价值。

 

对这类零件的镀层质量的检测同样按上述“1叙述的各项要求进行检测外,需要时,还要对镀层进行必要的后处理铬钝化;对于钝化的检测要求,按美国ASTM-B695-00技术标准《钢铁上机械沉积锌镀层 标准规范》通用72小时盐雾试验不产生白色锈蚀物为镀层钝化合格。但镀层的钝化正常合格与机械镀锌的工艺操作要点、促进剂配方结构有着相互的依赖关系。也就是镀层表面光滑、光亮,不挂游离锌粉,并镀层金相显微剖面按AS-3566.2-2002技术标准显微检测达到镀层结构密度8级,达到这些项目的技术要求,镀层后处理钝化质量就有了技术保证。

 

另外,若机械镀工艺操作技术要点不完善,在零件的尖刃部位,通过10倍放大镜检查时,将见到露裸铁基体现象产生。所以,机械镀的工艺生产技术操作控制仍是重要的,对不同形状的零件要作相应技术操作调整来适应;这也适合生产中时有发生的镀层冲击脱落现象的技术处理。

 

 

 

2钻尾钉的机械镀混合锌锡粉镀层

 

国内各型号的钻尾钉机械镀混合锌锡粉镀层,是按澳大利亚AS-3566.2-2002技术标准执行生产的,机械镀层检测项目有:镀层厚度25微米和45微米级别;金相剖面显微密度8级要求;镀层结合力;镀层钝化72小时不产生白锈;镀层含锡量20%25%技术等级要求;镀后镀层表面浸涂料加温固化。这些检测项目合格后,镀层盐雾试验可通过1000小时以上。

 

机械镀混合锌锡粉镀层的户外使用寿命与镀层正确充足的含锡量及镀层金相显微密度标准8级重要相关,这就要求工艺技术操作与沉积用促进剂及相关应用原料适合稳定,并可通过技术要求的各项检测指标。

 

3.相关机械镀技术标准参考

 

用户根据产品技术要求,采用相关机械镀镀层时,行之有效的方法应是对镀后产品进行任意产品数量抽检,并以此对产品镀层质量和技术工艺的优劣作出正确判断。只有按相关的技术标准项目反复检测合格,才能确定产品镀层质量通过和符合对应的技术标准。

 

各类相关应用的机械镀技术标准题目如下(2):

 

1)钢铁制件机械镀锌:JB/T 8928-1999年。

 

2)机械镀锌通用技术标准:ASTM B695-00;《钢铁上锌机械沉积层标准规范》。

 

3)输电铁塔镀锌螺栓标准:ASTM A394-93

 

4)钢结构连接用高强螺栓标准:ASTM A325M-97

 

5)公路护栏用波形梁标准: AASHTO M180-89

 

6)国家公路与运输管理协会,行业通用机械镀锌标准:AASHTO -M298-92

 

7)木材基体材料用制钉标准:ASTM F 547-77Reapproved 1995)。

 

8)美军应用机械镀标准:MIL-C-81562B

 

9)通用汽车公司机械镀锌企业标准:GM 4345M, GM4344M, GM4346M

 

10 福特汽车公司机械镀锌企业标准: ESF-MIP67-A ,ESF-MIP68-A

 

11 克来斯勒汽车公司机械镀锌企业标准:PS-8956, PS1536, PS4850 

 

12)澳大利亚钻尾钉机械镀防腐标准:AS-3566.2-2002

 

       机械镀的工艺优势,在于适应相关的机械零部件的防腐蚀;镀层没有氢脆危害,可常温生产操作,可调整镀层金属粉种类来提高防腐能力,工艺生产对环境污染少,属于清洁生产工艺。用户可参考上述相关机械镀技术标准实施规范生产与质量检验

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