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锌铬涂层件表面精度控制

发布时间：2014-12-04

发布者：张力

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1、概要
紧固件常用的表面防护方法有发黑、磷化、电镀锌、电镀镉及有机涂层。电镀锌在海洋性气候下的防腐能力有限，且易引起氢致延迟断裂，给承载结构的高强度连接带来安全隐患；电镀镉在海洋性环境中的防腐能力较好，电镀镉的氢致延迟断裂较轻微，但是汽毒性大，会危害环境，不符合清洁生产的发展方向；有机涂层由于结合力、涂层孔隙等方面的原因，也不易满足海洋环境的需求。锌铬涂层（又称达克罗）具有高耐腐蚀性和低氢致延迟断裂等特点，正得到人们越来越多的重视和应用。
 
2、试验
锌铬涂层的组成为：Zn75%、Al10%，铬的氧化物15%。铬的氧化物作为粘接剂存在于层层叠加的片状锌粉、铝粉之间，其存在形态是非晶态的复合物。

膜层制备的步骤如下：清洁→装挂→脱脂→水洗→吹干→抛丸→浸涂→甩干→烘烤→固化→冷却→检查。涂层固化经历了水分挥发、六价铬还原、过剩有机物分解以及铬化合物非晶态化等过程。步骤中，抛丸、浸涂、甩干是决定膜层表面粗糙度和厚度的关键。
 
实践中发现，从抛丸开始，调整丸粒大小、抛丸速度、角度及装载量，可以保证螺栓表面粗糙度，并达到控制涂层尺寸精度的目的。此外，通过调整涂覆液成分配比、黏度及涂覆次数，可以控制膜层的厚度，采用二次或三次涂覆的方法能使膜层厚度更均匀。
 
2.1 表面粗糙度的影响
锌铬涂层件的影响因素，主要有表面粗糙度，前处理的好坏决定紧固件表面清洁处理后的等级、粗糙度等，直接影响到涂层体系与基体结合的牢固程度，进而影响到涂层体系的防护性能。紧固件常用的表面清洁处理方法为抛丸，调整钢丸的大小、抛丸速度、喷射角度和螺栓装载量等参数，可以控制螺栓、螺母的表面粗糙度；对两种不同原始粗糙度等级的紧固件抛丸后的原圆变化进行检测，可以找出影响紧固件粗糙度的因素。
实验中发现，抛丸机的抛丸速度和喷射角度不能有较大范围的变动，且这两个参数对紧固件表面粗糙度的影响有限，因此固定抛丸速度、喷射角度和抛丸时间，采用直径φ0.2mm和φ0.3mm的钢丸对螺栓抛丸处理，钢丸大小对螺栓表面状况的影响见表1。对抛丸后的螺栓进行涂覆处理，处理前后的粗糙度和尺寸测试结果见表2。

表1        钢丸大小对螺栓表面粗糙度的影响
                编号
            钢丸直径
φ/mm
            原始粗糙度
Ra/μm
            抛丸后粗糙度Ra/μm
            涂覆后粗糙度Ra/μm
        
            1
            0.2
            1.63
            1.63
            1.44
        
            2
            0.2
            1.58
            1.67
            1.51
        
            3
            0.2
            1.59
            1.65
            1.40
        
            4
            0.3
            1.61
            1.67
            1.63
        
            5
            0.3
            1.60
            1.68
            1.64
        
            6
            0.3
            1.63
            1.70
            1.64
        
 
表2     涂覆处理对螺栓外圆尺寸的影响
                编号
            表面粗糙度Ra/μm
            外圆尺寸φ/mm
            涂层厚度/mm
        
            原始
            抛丸后
            涂覆后
            原始
            抛丸后
            涂覆后
        
            1
            0.25
            1.10
            1.00
            15.868
            15.871
            15.880
            0.006
        
            2
            0.34
            1.10
            1.05
            15.864
            15.869
            15.878
            0.007
        
            3
            0.28
            1.15
            1.12
            15.865
            15.869
            15.877
            0.006
        
 
从表1和表2数据可以看出，经抛丸处理后，螺栓表面粗糙度可以增大1个数量级，钢丸粒度的大小是影响螺栓表面粗糙度的重要因素。经过抛丸的螺栓进行涂覆处理后，表面粗糙度略有降低。通过测量螺栓外圆尺寸，发现直径方向上有局部尺寸突然增加约3μm，单层膜层厚度有1.5μm左右的误差。这是因为在离心作用下，涂料向同一方向流动，导致该方向上的膜层增厚，产生尺寸误差。

2.2涂层厚度的控制

锌铬涂层件的另一影响因素，涂层厚度的控制。锌铬涂料的附着量一方面由涂料的黏度决定，另一方面由离心机甩干速度决定（离心机甩干时间固定）。通过调整锌铬涂料的黏度和离心机的甩干速度，就可以实现对涂层厚度的控制。
 
实践表明螺栓的涂覆量主要取决于离心机甩干旋转速度，转速越低，涂覆量越大，当旋转速度一定时，锌铬涂料的黏度越大，则涂覆量也越大。此外，涂覆量与螺栓的尺寸和形状也有关。试验分别经一次、二次、三次涂覆的螺栓，在最终涂覆量相同的情况下，涂覆次数越多，涂层越均匀，表面越光洁，其表面抗腐蚀性能越好。
 
3、小结
用精度6g/6H的螺栓连接副进行工艺验证，希望涂覆的涂层厚度为3～5μm，采用直径φ0.2mm的钢丸进行抛丸处理，涂料黏度为89s。因为涂层厚度要求为3～5μm，涂覆量为155～175mg/dm2，根据涂覆量等值图查得应使用的抛甩速度为270～300r/min。经过对涂覆后螺纹的精度进行检测，表明涂层符合技术要求，厚度得到了精确控制。按照GB/T18684-2002《锌铬涂层技术条件》的要求进行行能检测，经中性盐雾试验720h没有出现腐蚀，且结合力优良。

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编号	钢丸直径 φ/mm	原始粗糙度 Ra/μm	抛丸后粗糙度Ra/μm	涂覆后粗糙度Ra/μm
1	0.2	1.63	1.63	1.44
2	0.2	1.58	1.67	1.51
3	0.2	1.59	1.65	1.40
4	0.3	1.61	1.67	1.63
5	0.3	1.60	1.68	1.64
6	0.3	1.63	1.70	1.64

编号	表面粗糙度Ra/μm			外圆尺寸φ/mm			涂层厚度/mm
编号	原始	抛丸后	涂覆后	原始	抛丸后	涂覆后	涂层厚度/mm
1	0.25	1.10	1.00	15.868	15.871	15.880	0.006
2	0.34	1.10	1.05	15.864	15.869	15.878	0.007
3	0.28	1.15	1.12	15.865	15.869	15.877	0.006