導讀：表面處理是緊固件制造關鍵工序之一，是一種改變緊固件表面性能的處理工藝，其目的是給產品賦予防腐性能和美麗的外觀，同時也可以提升緊固件的特殊性能，如涂覆附著性、導電性、焊接性、耐磨性、反射性、裝飾性、絕緣性等。
本文著重介紹下幾種常用表面處理工藝特點和工藝參數控制要求以及鍍/涂層設計等，可供技術人員設計參考。
一、緊固件常用表面處理介紹
緊固件常用表面處理有：鍍鋅（彩鋅、黃鋅、黑鋅、白鋅、藍白鋅和綠鋅）、鋅鎳合金（銀白色、彩虹色和黑色三種）、鋅鐵合金、鍍銅、鍍鉻、磷化（防蝕）、發黑（氧化）、鋅鋁涂層（銀灰色和黑色）、電泳等9種。
本文主要介紹鍍鋅、鋅鎳合金、磷化（防蝕）、鋅鋁涂層和電泳等5種緊固件最常用表面處理工藝、鍍/涂層特點、應用場合等。
二、常用表面處理鍍/涂層特性
1、鍍鋅
1）顏色：
彩虹色、黃色、黑色、白色、藍白色、綠色。
2）鍍層特性：
a）鍍層表面硬度較高；
b）中性鹽霧試驗可達120h左右；
c）鍍層耐熱≤250℃；
d）三價鉻鍍鋅符合環保要求；
e）加工成本適中。
3）應用范圍：
主要應用于耐腐性能和外觀要求不高的普通外露緊固件，可根據裝配位置要求選擇各種適合顏色。特別適合8.8級及以下螺栓或10級及以下螺母，包括不重要部位裝配部位的10.9級螺栓。
2、鋅鎳合金
1）顏色：
銀白色、黑色、彩虹色。
2）鍍層特性：
a）中性鹽霧試驗720h；
b）鍍層耐熱性較好，耐熱≤250℃；
c）鍍層美觀；
d）加工成本較高。
3）應用范圍：
主要應用于要求高耐腐蝕性能的外露8.8級和10.9級緊固件，特別適合在海洋氣候下使用的緊固件。
3、磷化
1）顏色：
黑色或黑灰色。
2）鍍層特性：
a）中性鹽霧試驗48~72h（帶油）；
b）磷化膜均勻性好，對產品尺寸幾乎無影響，有一定的耐磨性；
c）特殊磷化膜具有一定的絕緣性能；
d) 耐熱性≤150℃；
e）膜層利于后期的涂裝加工；
f） 加工成本適中。
3）應用范圍，主要應用于：
a）與油接觸的箱體內的緊固件；
b）對耐腐性能要求不高且與鎖緊螺母配合的緊固件；
c）對螺紋通規要求高的緊固件；
d）后序有涂裝要求的緊固件。
4、鋅鋁涂層
1）顏色：
銀灰色、光亮黑色、亞光黑色。
2）鍍層特性：
a）涂層耐熱性≤300℃；
b）中性鹽霧試驗480~720h；
c）無氫脆風險；
d）涂層硬度低，不耐磨；
e）加工成本較高；
f）涂層符合環保要求。
3）應用范圍：
主要應用于耐腐性能要求較高，且裝配不外露的高強度緊固件，特別適合汽車底盤部位的高強度緊固件。
5、電泳
1）顏色：
光亮黑色。
2）鍍層特性：
涂層具有光滑均勻、美觀、硬度較高、附著力好、耐腐、耐沖擊性能較好等優點。
3）應用范圍：
有一定耐腐性能要求的外露緊固件、內飾緊固件。
三、常用表面處理工藝介紹
1、鍍鋅
鍍鋅按電解液分堿性和弱酸性兩大類，堿性鍍鋅有無氰（鋅酸鹽）鍍鋅和氰化鍍鋅，酸性鍍鋅有氯化物鍍鋅和硫酸鹽鍍鋅，無氰（鋅酸鹽）鍍鋅和氯化物（氯化鉀）鍍鋅是緊固件常用的電鍍工藝。
1）鍍鋅工藝流程
上料→化學除油→水洗→酸洗→水洗→鍍鋅→水洗→出光→水洗→鈍化→熱水洗→烘干→出料。
2）過程控制的工藝參數
⑴ 化學除油工序目的是除去產品表面油污，為鍍鋅做準備。槽液的主要材料有除油劑（粉），主要控制工藝參數為除油劑（粉）濃度、槽液溫度、除油時間等。
⑵ 酸洗工序目的是去除產品表面氧化皮和浮銹，為鍍鋅做準備。槽液的主要材料為鹽酸，主要控制工藝參數為鹽酸濃度、酸洗時間、溫度。
⑶ 鍍鋅
槽液的主要材料有氯化鉀、氯化鋅、柔軟劑、光亮劑。主要控制工藝參數為電流密度、鍍鋅時間、槽液氯化鉀含量、氯化鋅含量、硼酸含量、溫度、PH值。
⑷ 出光
工序目的是使鍍層外面光亮美觀。槽液主要材料有硝酸（硝酸/水30 ml/L）、鹽酸（鹽酸/水5ml/L），主要控制工藝參數為槽液硝酸含量、出光時間。
⑸ 鈍化
工序目的是生成所需顏色的鈍化膜。槽液主要的材料有硝酸、鉻酐、硫酸，主要控制工藝參數為槽液濃度、鈍化時間、槽液PH值。
2、鋅鎳合金
1）鋅鎳合金工藝流程
上料→化學除油→水洗→浸蝕活化→水洗→鍍鋅-鎳合金→活化→水洗→→鈍化→水洗→封閉→干燥→出料。
2）電鍍鋅鎳合金主要材料有：氫氧化鈉、氧化鋅、開缸劑、添加劑、光亮劑、鎳溶液、鹽酸等。過程控制參數可參見電鍍鋅工藝。
3、磷化
1）磷化工藝流程
上料→預脫脂→水漂洗→脫脂→水漂洗→酸洗→水漂洗→活化→水漂洗→表調→磷化→水漂洗→熱水洗→烘干→浸防銹油→出料。
2）過程控制的工藝參數
⑴ 預脫脂和脫脂
工序目的是去除產品表面油污。使用的主要材料為脫脂劑，主要控制工藝參數為脫脂劑濃度、槽液溫度、脫脂時間、槽液PH值等。
⑵ 水漂洗
工序目的是去除殘留在產品表面的殘酸。使用的主要材料為自來水，主要控制工藝參數為漂洗時間、PH值。
⑶ 酸洗
工序目的是去除產品表面氧化皮和浮銹。使用主要材料為稀鹽酸，主要控制工藝參數為鹽酸濃度、溫度、酸洗時間等。對于高強度緊固件產品，酸洗的鹽酸濃度一般為5%~15%，酸洗時間≤2min。
⑷ 活化工序
目的是活化黑化劑使用的主要材料為稀鹽酸，主要控制工藝參數為稀鹽酸濃度、活化時間。
⑸ 表調處理
工序目的是增加活性，促使磷化膜的形成，加快磷化速度，同時提高磷化膜細膩程度。使用的主要材料為表調劑，主要控制工藝參數為表調劑濃度、表調時間、槽液PH值。
⑹ 磷化工序目的是在產品表面形成磷酸鹽保護膜。使用的主要材料為磷化劑，主要控制工藝參數為槽液濃度、時間、溫度、槽液游離酸度、總酸度。
⑺ 水洗、熱水洗工序目的是去除產品表面電解質和雜質，提高耐腐蝕性。主要控制工藝參數為水洗時間和溫度。
⑻ 烘干工序目的是讓工件快速干燥，避免產品表面銹蝕和發黃。主要控制工藝參數烘干溫度、時間。
上述工藝參數設定可參考所用材料相關生產廠家說明及產品工序加工質量來進行設定和調整。
4、鋅鋁涂層
1）鋅鋁涂層工藝流程
⑴ 一底一面工藝：超聲波清洗→拋丸處理→涂覆（底涂）→烘烤固化→面涂→烘烤固化→出料。
⑵ 二底一面工藝：超聲波清洗→拋丸處理→涂覆（底涂1次）→烘烤固化→涂覆（底涂2次）→烘烤固化→面涂→烘烤固化→出料。
鋅鋁涂層涂覆次數是按產品鹽霧試驗要求來制定的，鹽霧試驗要求越高，涂層次數越多，但一般為三次。對于產品有摩擦系數要求或者防止裝配過程中高溫“咬死”現象時，一般需要進行面涂。
2）過程控制的工藝參數
⑴ 超聲波清洗
工序目的是去除產品表面油脂和異物。過程控制脫脂槽液的NaOH濃度、PH值（最好清洗槽PH＜8.5）、溫度及干燥時間等。槽液PH值檢測可以試紙或酚酞試劑進行檢測。
⑵ 拋丸
工序目的是去除表面浮銹、氧化皮，同時增加表面粗糙度，利于后期涂覆加工。過程控制產品裝載重量、拋丸時間、鋼丸直徑。對于螺距較小的產品，為提高拋丸質量和避免卡鋼丸，可采用0.2不銹鋼圓形和片狀混合的鋼丸。注意拋丸后的產品應在8小時內及時進行涂層涂覆加工。產品拋丸質量一般常用硫酸銅CuSO4測試方法進行檢測。
⑶ 涂覆
工序目的是給產品上底或面涂料。過程控制產品溫度（一般要求15℃﹤產品溫度＜35℃）、浸涂時間（約15~30s）、離心轉速（20~40rpm）、離心時間（約20~45s）、離心速度（200~400rpm）。對涂液主要控制涂料的固含量、粘度和溫度。
⑷ 烘烤固化
工序目的是使產品表面形成功能性涂層。過程控制烘烤溫度（預烘烤區70~110℃，烘烤固化區溫度根據涂料品牌確定。）、烘烤時間。這里應特別注意的是，固化溫度必須低于被加工零件的回火溫度，避免烘烤溫度對產品機械性能的影響（如硬度）。
四、緊固件鍍/涂層厚度設計
鍍/涂層厚度是影響緊固件的耐腐性能和螺紋的旋合性的主要因素，在設計鍍/涂層厚度時，除考慮耐腐性能要求外，還應考慮以下幾點：
1）鍍/涂層的厚度取決于螺紋的基本偏差，所以必須考慮螺紋螺距的最大容納層厚度；
2）為確保緊固件螺紋有足夠的強度，鍍/涂前螺紋中徑尺寸應不小于e公差帶要求；
3）對電鍍/涂覆的表面處理，要考慮鍍/涂層厚度的不均勻性對產品的影響；
4）需考慮鍍/涂層厚度與螺紋中徑尺寸的幾何關系，一般鍍/涂層厚度應≤1/4螺紋基本偏差，即：a≤1/4es（式中：a為鍍/涂層厚度，es為偏差）。
隨著表面處理行業的技術提升，可以通過涂加封閉劑提高產品耐腐性能。所以鍍/涂層厚度不一定非要設計的很厚，才能滿足產品的耐腐性能要求。
因此，為了保證緊固件螺紋的旋合性和互換性，成品的螺紋精度常設計為：外螺紋為6h，內螺紋為6H。外螺紋緊固件鍍/涂層厚度設計為8μm~12μm，內螺紋緊固件鍍/涂層厚度設計為5μm~8μm。
對于緊固件鍍/涂前的螺紋精度尺寸，需根據鍍/涂層厚度，選擇適合的螺紋公差帶，常用的有：外螺紋為6g、6f、6e三個公差帶；內螺紋為6H、6G兩個公差帶。
五、常用表面處理鍍/涂層的選擇
在選擇緊固件表面處理鍍/涂層時，須充分考慮緊固件自身特性的同時，還要考慮裝配工藝、服役環境、加工成本等因素，這樣才能合理選擇緊固件表面處理種類。
在選擇緊固件表面處理鍍/涂層時，應根據緊固件常用各種鍍/涂層的特點，同時充分考慮產品自身特性、結構特點、使用環境、耐腐性能要求等因素，同時，還需要考慮成本高低，盡量不要質量設計過剩。
1、根據產品特性進行選擇
1）對于產品螺紋精度要求較高的或尺寸公差較小的，應盡量選擇性能好的薄鍍/涂層膜，且均勻性較好的表面處理；
2）對于產品結構有盲孔、小孔的，如果要求有較好的表面處理質量，就盡量不要選擇電鍍類的表面處理；
3）對于10.9級及以上關鍵部位的緊固件和高硬度標準件，應盡量選擇加工過程無氫脆風險的表面處理；
4）對于薄壁易變形、薄而小的墊片、螺距較小的組合類螺釘、內扳擰結構的螺釘等產品，應盡量選擇表面處理加工工藝不會導致變形的表面處理。盡量不要采用樹脂類鍍/涂膜，避免烘干后墊片、組合件相互粘連，避免螺紋和內孔積液，影響裝配。
5) 對于焊接性要求的緊固件，應盡量采用“本色”防銹處理。若必須采用表面處理，則應選擇導電性較好的鍍/涂層，但不可做“封閉”處理。
6）對于有導電性或絕緣性要求的緊固件，應采用導電性較好或絕緣性較好的鍍/涂層。
2、根據產品服役環境進行選擇
1）根據服役環境溫度高低，選擇耐溫性和導熱性適合的鍍/涂層，避免鍍/涂層早期失效；
2）根據連接件材料特性，選擇適合的鍍/涂層，避免與連接件表面相互反應產生化學腐蝕；
3）對于與潤滑油、冷卻油接觸的箱體內緊固件，應選擇不易脫落，且與油品不產生化學反應的鍍/涂層；
4）根據環境對產品的耐腐性要求進行選擇，但產品耐腐性能越高，制造成本也越高，必須合理地考慮經濟性。
3、根據裝配要求進行選擇
1）對于裝配的外露緊固件，應采用外表美觀的，耐腐性能較好的鍍/涂層。膜層硬度適合，在裝配過程中，不會因與裝配工具間的摩擦導致脫落，且顏色應盡量與連接零部件的顏色保持一致。
2）對于裝配過程中會產生拉伸、彎曲變形的緊固件，應選擇韌性較好、硬度較低的鍍/涂層，且膜厚不可過厚，避免裝配后鍍/涂層失效。
3）對于裝配后還需進行涂裝的緊固件，應選擇較為適合涂裝的表面處理。同時應考慮鍍/涂層在涂裝前清洗時，是否會影響性能。
作者：GAF螺絲君
