導讀：目前防治鋼鐵緊固件腐蝕最常用的方法是金屬鍍層防腐法，主要有熱浸鋅、電鍍鋅、機械鍍鋅等。但熱浸鋅、電鍍鋅等工藝存在能耗大、污染嚴重等缺點，而機械鍍鋅作為一種無害化的表面處理技術，具有高效、環(huán)保等優(yōu)點在工業(yè)中的應用越來越廣泛。今天，螺絲君簡單地討論一下熱浸鋅和機械鍍鋅的差異，供各位參考。
一、熱浸鋅
熱浸鋅是將經預處理的待鍍件浸入鋅浴中發(fā)生高溫冶金反應而形成鍍鋅層的表面處理工藝，熱浸鋅應用至今已有近180多年的歷史，實踐表明它仍是目前最可靠的防腐技術。
熱浸鋅的形層始于鋅浴與鐵基的界面，終止于基材表面上的鋅液，鍍層的最終組織結構和物化性能與鋅浴熔體有著密切和直接的聯(lián)系。形層開始，鐵基表面的助鍍鹽膜蒸發(fā)，鐵基裸露；熔融鋅瞬間在鐵基表面潤濕、鋪展、覆蓋且同時發(fā)生Fe、Zn的相互擴散，并進一步發(fā)生 γ、δ、ζ 合金相層的生長；當鍍件離開鋅浴時，熔融鋅和鐵基之間的相互作用仍在繼續(xù)，鍍件表面黏附有熔融鋅，此后熔融鋅發(fā)生結晶凝固；所以，鍍件表面的鍍層包括與鐵基緊鄰的鋅-鐵合金層和表面的鋅凝固層。
適當地選擇溫度和時間參數，可以控制鍍層中合金相層的組織特征和厚度；但對于緊固件表面鍍層厚度的控制并不容易，尤其是螺紋緊固件的螺紋部位，鍍層厚度的控制是具有一定的難度，稍微控制不當，螺紋緊固件就會因為鍍層質量缺陷而報廢。
緊固件熱浸鋅工藝：消除應力→表面清理→烘干→溶劑處理（助鍍）→熱浸鋅→離心和冷卻→對螺母的特殊技術要求→后處理。
高強度螺紋緊固件的施鍍溫度一般在440～560℃之間。熱浸鋅的 3 個步驟如下：① 產品表面被鋅液溶解，鐵基表面被鋅液溶解形成鋅-鐵合金相成。② 合金層中的鋅離子進一步向基體擴散形成鋅-鐵互溶層；鐵在被鋅液溶解的過程中形成鋅-鐵合金，并繼續(xù)向周圍擴散。③ 在鋅-鐵合金層的表面包裹著鋅層，鋅層在常溫下冷卻結晶，形成鍍層。
螺栓表面帶有外螺紋或內螺紋（配套的各類螺母），螺紋部位具有狹縫尺寸特征，基于上述熱浸鋅的機理及螺紋緊固件的形狀要求，螺栓的熱浸鋅過程及鍍層質量目標就是控制鍍層厚度盡量薄、不堵塞螺紋。
早期人們采用爆鈍工藝控制螺紋的鍍層厚度，利用熱鍍件和爆鈍液瞬間反應生成的氣體將基體表面未凝固的液態(tài)鋅爆破去除以保證螺紋的薄鍍層。爆鈍過程產生大量氨氮超標的白煙，嚴重污染大氣和影響操作環(huán)境。通過改進工藝人們在螺栓浸鍍之后采用離心甩將螺栓表面的余鋅去除，以滿足螺紋部位鍍層厚度的要求。目前，螺栓的熱浸鋅工藝已日臻完善、工藝穩(wěn)定，鍍層厚度和耐蝕性完全可以滿足各類機械裝備的防腐要求，但在實際生產和機器設施安裝過程仍存在以下問題：
1、螺栓螺紋部位殘留有少量鋅瘤，影響安裝
螺栓熱浸鋅后螺紋部位殘留有鋅瘤，當鋅瘤尺寸稍大時就嚴重影響螺栓和螺母的配合，出廠之前螺母回攻或部分螺栓回攻后緊固件配合成套，施工現場螺栓緊固件一般容易拆開和再次裝配；當鋅瘤尺寸較小且手工裝配成套存在一定困難時，如配合不通暢、配合不到位（螺母螺旋不到底，出廠前往往采用工裝夾具裝配成套，這時不可避免地施加了一定程度的預緊力載荷；雖然螺栓緊固件能夠裝配成套供貨，但在施工現場發(fā)生拆卸困難、再次裝配不通暢、緊固不到位等問題，影響了機械裝備設施的安裝施工。
2、對連接強度的影響
采用離心甩可以控制螺栓表面的鍍層厚度及均勻性，但配套螺母屬于內螺紋，離心甩難以去除螺母螺紋部位的余鋅，仍易發(fā)生余鋅或鋅瘤堵塞螺牙現象；多數普遍采用螺母放大加工余量且鍍后回攻的方法保證熱浸鋅螺母與螺栓的配合，這雖然保證了緊固件的配合，但力學性能測試時常發(fā)生拉伸過程拉脫現象，影響了安裝后連接強度。
3、對高強度螺栓力學性能的影響
熱浸鋅工藝過程對螺栓的顯微組織、硬度沒有明顯的降低；必須使用標準中規(guī)定的合金鋼材料為佳，但熱浸鋅工藝不當會影響螺栓的沖擊韌性，另外鍍鋅過程的酸洗會造成10.9級高強度螺栓基體中的氫含量增加，增大了氫脆隱患。研究表明，高強度螺栓（8.8級及以上）熱浸鋅后螺紋部位的力學性能有一定程度的損傷。由上可見，高強度螺栓的熱浸鋅工藝雖然已經成熟且規(guī)模應用，但鍍鋅工藝不當或鍍層質量控制不良時螺栓表面的鍍鋅層對螺紋緊固件的配合、機械裝備的安裝及緊固強度都會產生一定的影響。
熱浸鋅層外觀檢測一般采用目視檢查，目視距離不能超過１ｍ。觀察鍍層應連續(xù)、光滑、厚度均勻、結合牢固。有效表面不應有明顯可見的鍍層缺陷，如漏鍍（缺層）、起泡、沉積物（鋅灰）、鋅瘤、鋅渣、毛刺等。
目視檢查外觀不合格的緊固件應進行修補或重鍍再重新檢查。按：GB/T 5267.3-2008《緊固件熱浸鍍鋅層》，GB/T19355.1-2016《鋅覆蓋層 鋼鐵結構防腐蝕的指南和建議（第2部分）熱浸鍍鋅》，GB/T 13912-2002《金屬覆蓋層 鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術要求及試驗方法》，GB/T22028-2008《熱浸鍍鋅螺紋 在內螺紋上容納鍍鋅層》，GB/T22029-2008《熱浸鋅螺紋-在外螺紋上容納鍍鋅層》標準執(zhí)行。
標準ASTM A780推薦了3種熱浸鋅層損壞修補的方法：采用低熔點鋅基合金粉末或棒材熱熔敷修補；采用富鋅底漆涂敷修補；采用熱噴鋅噴涂修補。
結合工程經驗，建議海洋工程緊固件熱浸鋅破損最好采用熱噴鋅方式修補；若熱噴鋅不可行，建議采用富鋅底漆涂敷修補熱浸鋅層的破損。富鋅底漆建議優(yōu)選無機硅酸鋅底漆，通常采用鋅粉含量（質量分數）不低于80％富鋅底漆，部分機械裝備質量要求高的項目也有采用鋅粉含量（質量分數）85%、90%的富鋅漆修補。熱浸鋅層修補涂層厚度一般為50～60μｍ或與熱浸鋅層厚度齊平。
熱浸鋅高強度螺栓設計時需要充分考慮尺寸穩(wěn)定性、消除殘余應力、減少重疊面、保證封閉結構排氣通暢。熱浸鋅前對緊固件進行合理的預處理是保證鍍鋅層質量的關鍵環(huán)節(jié)。熱浸鋅層質量驗收應重點關注外觀和鍍鋅量／厚度，鍍層缺陷應及時修復。
二、機械鍍鋅
機械鍍鋅是一種在常溫、常壓下利用物理、化學吸附沉積和機械碰撞使金屬微粉在工件表面形成鍍層的工藝，利用該方法可以在鋼鐵零件上形成Zn、Al、Cu、Zn－Al、Zn－Ti、Zn－Sn等金屬鍍層，對鋼鐵基體起到良好的防護作用。從近20年的應用來看，機械鍍鋅已從單一鍍層到各種復合鍍層，從小尺寸到特定制件，各種粉末冶金、銅制、非合金結構鋼緊固件均可等，已經成為較成熟的表面處理工藝。
基于工藝原理分析，機械鍍鋅是在室溫下的液體介質中，依靠沖擊載荷、鋅粉的團聚與吸附，在鋼鐵表面上沉積成層；它的形層過程沒有熱浸鋅過程的界面反應和鐵、鋅原子擴散，故與熱浸鋅相比它具有鍍層氫脆隱患小、鍍層厚度容易調控、過程易實現清潔生產等諸多優(yōu)點。歷經20多年的發(fā)展，機械鍍鋅在緊固件領域表現出了獨特的優(yōu)勢，螺栓緊固件的機械鍍鋅是近年來發(fā)展并規(guī)模化應用的工藝。
機械鍍鋅工藝本身決定了螺紋、溝槽部位的鍍層厚度比平整表面的鍍層厚度要薄，螺母鍍后不需要回攻，M12以上螺栓甚至不需要預留公差，鍍后不影響配合和力學性能。但工藝過程選用鋅粉的粒徑大小、施鍍過程的加料強度、加料間隔等直接影響著鍍層的致密度、平整度和外觀，從而影響到鍍層的質量。
據統(tǒng)計，目前我國機械鍍鋅螺栓緊固件根據鍍層厚度大致分為2類-低鋅層和高鋅層，所謂低鋅層一般指鍍層厚度低于20μｍ或25μｍ，所謂高鋅層一般指鍍層厚度高于40μｍ。
隨著市場競爭的不斷加劇，高鋅層的機械鍍鋅螺栓緊固件產量較低，且部分低鋅層機械鍍鋅螺栓緊固件的鍍層厚度參差不齊、鍍層疏松、外觀粗糙、表面灰暗等，產生這些問題的主要原因有：（1）市場需求量大，目前螺栓緊固件的機械鍍鋅比熱鍍鋅在工藝上占有優(yōu)勢，供不應求；（2）價格惡意競爭，一味降低成本；（3）無標可依，沒有質量標準進行約束。
與熱浸鍍鋅相比，高強度螺栓的機械鍍鋅工藝已占有較大的市場規(guī)模和制造體量，但產品的機械鍍鋅鍍層質量良莠不分，缺乏技術規(guī)范指導，市場混亂，產品鍍層質量標準研究及指標標準化亟待統(tǒng)一。
由于機械鍍鋅工藝近年來發(fā)展迅速，但鍍層結構理論的研究遠落后于工藝應用的研究，尤其是鍍層中金屬顆粒結合機理方面的研究成果更少。適合機械鍍鋅的零件尺寸受到限制，帶有盲孔和深凹槽等復雜形狀的工件不宜用機械鍍鋅。
在應用發(fā)展的過程中有諸多問題需要解決：（1）深入理論研究，對鍍層金屬的沉積機理、活化機理、先導金屬的作用等進行理論研究，指導工業(yè)生產，以期增加較厚鍍層的結合強度，提高鍍層光亮度，改善鈍化色澤，滿足更多需求。（2）對機械鍍鋅層的合金化進行研究，增加鍍層金屬的種類，探索其他金屬對鍍層性能的影響。（3）依據機械鍍鋅原理，附加超聲頻振動，應用超聲波的高頻特點，反復沖擊金屬粉，獲得更加致密的鍍層，提高其耐腐蝕性能。同時，利用超聲波在液體中傳播特點，實現復雜形狀緊固件的鍍層，擴大機械鍍的適用范圍。
三、螺絲君經驗與總結
螺絲君通過上述分析高強度緊固件熱鍍鋅、機械鍍鋅的差別，且存在質量問題進行研究解決，提升產品表面處理的質量，提高產品的防腐性能和穩(wěn)定性具有現實意義。因為高強度緊固件的防腐腳步不會停止，一定會隨著時代的發(fā)展繼續(xù)發(fā)展。
來源：螺絲君
