导读：表面处理是紧固件制造关键工序之一，是一种改变紧固件表面性能的处理工艺，其目的是给产品赋予防腐性能和美丽的外观，同时也可以提升紧固件的特殊性能，如涂覆附着性、导电性、焊接性、耐磨性、反射性、装饰性、绝缘性等。
本文着重介绍下几种常用表面处理工艺特点和工艺参数控制要求以及镀/涂层设计等，可供技术人员设计参考。
一、紧固件常用表面处理介绍
紧固件常用表面处理有：镀锌（彩锌、黄锌、黑锌、白锌、蓝白锌和绿锌）、锌镍合金（银白色、彩虹色和黑色三种）、锌铁合金、镀铜、镀铬、磷化（防蚀）、发黑（氧化）、锌铝涂层（银灰色和黑色）、电泳等9种。
本文主要介绍镀锌、锌镍合金、磷化（防蚀）、锌铝涂层和电泳等5种紧固件最常用表面处理工艺、镀/涂层特点、应用场合等。
二、常用表面处理镀/涂层特性
1、镀锌
1）颜色：
彩虹色、黄色、黑色、白色、蓝白色、绿色。
2）镀层特性：
a）镀层表面硬度较高；
b）中性盐雾试验可达120h左右；
c）镀层耐热≤250℃；
d）三价铬镀锌符合环保要求；
e）加工成本适中。
3）应用范围：
主要应用于耐腐性能和外观要求不高的普通外露紧固件，可根据装配位置要求选择各种适合颜色。特别适合8.8级及以下螺栓或10级及以下螺母，包括不重要部位装配部位的10.9级螺栓。
2、锌镍合金
1）颜色：
银白色、黑色、彩虹色。
2）镀层特性：
a）中性盐雾试验720h；
b）镀层耐热性较好，耐热≤250℃；
c）镀层美观；
d）加工成本较高。
3）应用范围：
主要应用于要求高耐腐蚀性能的外露8.8级和10.9级紧固件，特别适合在海洋气候下使用的紧固件。
3、磷化
1）颜色：
黑色或黑灰色。
2）镀层特性：
a）中性盐雾试验48~72h（带油）；
b）磷化膜均匀性好，对产品尺寸几乎无影响，有一定的耐磨性；
c）特殊磷化膜具有一定的绝缘性能；
d) 耐热性≤150℃；
e）膜层利于后期的涂装加工；
f） 加工成本适中。
3）应用范围，主要应用于：
a）与油接触的箱体内的紧固件；
b）对耐腐性能要求不高且与锁紧螺母配合的紧固件；
c）对螺纹通规要求高的紧固件；
d）后序有涂装要求的紧固件。
4、锌铝涂层
1）颜色：
银灰色、光亮黑色、亚光黑色。
2）镀层特性：
a）涂层耐热性≤300℃；
b）中性盐雾试验480~720h；
c）无氢脆风险；
d）涂层硬度低，不耐磨；
e）加工成本较高；
f）涂层符合环保要求。
3）应用范围：
主要应用于耐腐性能要求较高，且装配不外露的高强度紧固件，特别适合汽车底盘部位的高强度紧固件。
5、电泳
1）颜色：
光亮黑色。
2）镀层特性：
涂层具有光滑均匀、美观、硬度较高、附着力好、耐腐、耐冲击性能较好等优点。
3）应用范围：
有一定耐腐性能要求的外露紧固件、内饰紧固件。
三、常用表面处理工艺介绍
1、镀锌
镀锌按电解液分碱性和弱酸性两大类，碱性镀锌有无氰（锌酸盐）镀锌和氰化镀锌，酸性镀锌有氯化物镀锌和硫酸盐镀锌，无氰（锌酸盐）镀锌和氯化物（氯化钾）镀锌是紧固件常用的电镀工艺。
1）镀锌工艺流程
上料→化学除油→水洗→酸洗→水洗→镀锌→水洗→出光→水洗→钝化→热水洗→烘干→出料。
2）过程控制的工艺参数
⑴ 化学除油工序目的是除去产品表面油污，为镀锌做准备。槽液的主要材料有除油剂（粉），主要控制工艺参数为除油剂（粉）浓度、槽液温度、除油时间等。
⑵ 酸洗工序目的是去除产品表面氧化皮和浮锈，为镀锌做准备。槽液的主要材料为盐酸，主要控制工艺参数为盐酸浓度、酸洗时间、温度。
⑶ 镀锌
槽液的主要材料有氯化钾、氯化锌、柔软剂、光亮剂。主要控制工艺参数为电流密度、镀锌时间、槽液氯化钾含量、氯化锌含量、硼酸含量、温度、PH值。
⑷ 出光
工序目的是使镀层外面光亮美观。槽液主要材料有硝酸（硝酸/水30 ml/L）、盐酸（盐酸/水5ml/L），主要控制工艺参数为槽液硝酸含量、出光时间。
⑸ 钝化
工序目的是生成所需颜色的钝化膜。槽液主要的材料有硝酸、铬酐、硫酸，主要控制工艺参数为槽液浓度、钝化时间、槽液PH值。
2、锌镍合金
1）锌镍合金工艺流程
上料→化学除油→水洗→浸蚀活化→水洗→镀锌-镍合金→活化→水洗→→钝化→水洗→封闭→干燥→出料。
2）电镀锌镍合金主要材料有：氢氧化钠、氧化锌、开缸剂、添加剂、光亮剂、镍溶液、盐酸等。过程控制参数可参见电镀锌工艺。
3、磷化
1）磷化工艺流程
上料→预脱脂→水漂洗→脱脂→水漂洗→酸洗→水漂洗→活化→水漂洗→表调→磷化→水漂洗→热水洗→烘干→浸防锈油→出料。
2）过程控制的工艺参数
⑴ 预脱脂和脱脂
工序目的是去除产品表面油污。使用的主要材料为脱脂剂，主要控制工艺参数为脱脂剂浓度、槽液温度、脱脂时间、槽液PH值等。
⑵ 水漂洗
工序目的是去除残留在产品表面的残酸。使用的主要材料为自来水，主要控制工艺参数为漂洗时间、PH值。
⑶ 酸洗
工序目的是去除产品表面氧化皮和浮锈。使用主要材料为稀盐酸，主要控制工艺参数为盐酸浓度、温度、酸洗时间等。对于高强度紧固件产品，酸洗的盐酸浓度一般为5%~15%，酸洗时间≤2min。
⑷ 活化工序
目的是活化黑化剂使用的主要材料为稀盐酸，主要控制工艺参数为稀盐酸浓度、活化时间。
⑸ 表调处理
工序目的是增加活性，促使磷化膜的形成，加快磷化速度，同时提高磷化膜细腻程度。使用的主要材料为表调剂，主要控制工艺参数为表调剂浓度、表调时间、槽液PH值。
⑹ 磷化工序目的是在产品表面形成磷酸盐保护膜。使用的主要材料为磷化剂，主要控制工艺参数为槽液浓度、时间、温度、槽液游离酸度、总酸度。
⑺ 水洗、热水洗工序目的是去除产品表面电解质和杂质，提高耐腐蚀性。主要控制工艺参数为水洗时间和温度。
⑻ 烘干工序目的是让工件快速干燥，避免产品表面锈蚀和发黄。主要控制工艺参数烘干温度、时间。
上述工艺参数设定可参考所用材料相关生产厂家说明及产品工序加工质量来进行设定和调整。
4、锌铝涂层
1）锌铝涂层工艺流程
⑴ 一底一面工艺：超声波清洗→抛丸处理→涂覆（底涂）→烘烤固化→面涂→烘烤固化→出料。
⑵ 二底一面工艺：超声波清洗→抛丸处理→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。
锌铝涂层涂覆次数是按产品盐雾试验要求来制定的，盐雾试验要求越高，涂层次数越多，但一般为三次。对于产品有摩擦系数要求或者防止装配过程中高温“咬死”现象时，一般需要进行面涂。
2）过程控制的工艺参数
⑴ 超声波清洗
工序目的是去除产品表面油脂和异物。过程控制脱脂槽液的NaOH浓度、PH值（最好清洗槽PH＜8.5）、温度及干燥时间等。槽液PH值检测可以试纸或酚酞试剂进行检测。
⑵ 抛丸
工序目的是去除表面浮锈、氧化皮，同时增加表面粗糙度，利于后期涂覆加工。过程控制产品装载重量、抛丸时间、钢丸直径。对于螺距较小的产品，为提高抛丸质量和避免卡钢丸，可采用0.2不锈钢圆形和片状混合的钢丸。注意抛丸后的产品应在8小时内及时进行涂层涂覆加工。产品抛丸质量一般常用硫酸铜CuSO4测试方法进行检测。
⑶ 涂覆
工序目的是给产品上底或面涂料。过程控制产品温度（一般要求15℃﹤产品温度＜35℃）、浸涂时间（约15~30s）、离心转速（20~40rpm）、离心时间（约20~45s）、离心速度（200~400rpm）。对涂液主要控制涂料的固含量、粘度和温度。
⑷ 烘烤固化
工序目的是使产品表面形成功能性涂层。过程控制烘烤温度（预烘烤区70~110℃，烘烤固化区温度根据涂料品牌确定。）、烘烤时间。这里应特别注意的是，固化温度必须低于被加工零件的回火温度，避免烘烤温度对产品机械性能的影响（如硬度）。
四、紧固件镀/涂层厚度设计
镀/涂层厚度是影响紧固件的耐腐性能和螺纹的旋合性的主要因素，在设计镀/涂层厚度时，除考虑耐腐性能要求外，还应考虑以下几点：
1）镀/涂层的厚度取决于螺纹的基本偏差，所以必须考虑螺纹螺距的最大容纳层厚度；
2）为确保紧固件螺纹有足够的强度，镀/涂前螺纹中径尺寸应不小于e公差带要求；
3）对电镀/涂覆的表面处理，要考虑镀/涂层厚度的不均匀性对产品的影响；
4）需考虑镀/涂层厚度与螺纹中径尺寸的几何关系，一般镀/涂层厚度应≤1/4螺纹基本偏差，即：a≤1/4es（式中：a为镀/涂层厚度，es为偏差）。
随着表面处理行业的技术提升，可以通过涂加封闭剂提高产品耐腐性能。所以镀/涂层厚度不一定非要设计的很厚，才能满足产品的耐腐性能要求。
因此，为了保证紧固件螺纹的旋合性和互换性，成品的螺纹精度常设计为：外螺纹为6h，内螺纹为6H。外螺纹紧固件镀/涂层厚度设计为8μm~12μm，内螺纹紧固件镀/涂层厚度设计为5μm~8μm。
对于紧固件镀/涂前的螺纹精度尺寸，需根据镀/涂层厚度，选择适合的螺纹公差带，常用的有：外螺纹为6g、6f、6e三个公差带；内螺纹为6H、6G两个公差带。
五、常用表面处理镀/涂层的选择
在选择紧固件表面处理镀/涂层时，须充分考虑紧固件自身特性的同时，还要考虑装配工艺、服役环境、加工成本等因素，这样才能合理选择紧固件表面处理种类。
在选择紧固件表面处理镀/涂层时，应根据紧固件常用各种镀/涂层的特点，同时充分考虑产品自身特性、结构特点、使用环境、耐腐性能要求等因素，同时，还需要考虑成本高低，尽量不要质量设计过剩。
1、根据产品特性进行选择
1）对于产品螺纹精度要求较高的或尺寸公差较小的，应尽量选择性能好的薄镀/涂层膜，且均匀性较好的表面处理；
2）对于产品结构有盲孔、小孔的，如果要求有较好的表面处理质量，就尽量不要选择电镀类的表面处理；
3）对于10.9级及以上关键部位的紧固件和高硬度标准件，应尽量选择加工过程无氢脆风险的表面处理；
4）对于薄壁易变形、薄而小的垫片、螺距较小的组合类螺钉、内扳拧结构的螺钉等产品，应尽量选择表面处理加工工艺不会导致变形的表面处理。尽量不要采用树脂类镀/涂膜，避免烘干后垫片、组合件相互粘连，避免螺纹和内孔积液，影响装配。
5) 对于焊接性要求的紧固件，应尽量采用“本色”防锈处理。若必须采用表面处理，则应选择导电性较好的镀/涂层，但不可做“封闭”处理。
6）对于有导电性或绝缘性要求的紧固件，应采用导电性较好或绝缘性较好的镀/涂层。
2、根据产品服役环境进行选择
1）根据服役环境温度高低，选择耐温性和导热性适合的镀/涂层，避免镀/涂层早期失效；
2）根据连接件材料特性，选择适合的镀/涂层，避免与连接件表面相互反应产生化学腐蚀；
3）对于与润滑油、冷却油接触的箱体内紧固件，应选择不易脱落，且与油品不产生化学反应的镀/涂层；
4）根据环境对产品的耐腐性要求进行选择，但产品耐腐性能越高，制造成本也越高，必须合理地考虑经济性。
3、根据装配要求进行选择
1）对于装配的外露紧固件，应采用外表美观的，耐腐性能较好的镀/涂层。膜层硬度适合，在装配过程中，不会因与装配工具间的摩擦导致脱落，且颜色应尽量与连接零部件的颜色保持一致。
2）对于装配过程中会产生拉伸、弯曲变形的紧固件，应选择韧性较好、硬度较低的镀/涂层，且膜厚不可过厚，避免装配后镀/涂层失效。
3）对于装配后还需进行涂装的紧固件，应选择较为适合涂装的表面处理。同时应考虑镀/涂层在涂装前清洗时，是否会影响性能。
作者：GAF螺丝君
