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【摘要】本文用京沪高铁变流器项目镀层引开话题,用实验的方法对做国内紧固件作了分析讨论,并且分析了未来的前景,以及“绿色镀膜”的建议。
【关键词】国内;紧固件;镀层锌镍合金;前景;绿色镀膜
京沪高铁变流器紧固件镀层实例分析:
长期以来,电镀及表面处理后的钝化一直都采用六价铬酸盐钝化,但是六价铬毒性大,不符合ROHS(环保)要求。随着人们对环境保护意识的增强,以及一些国家相继签署法令,控制六价铬的使用,近年来我国逐渐改用三价铬酸盐钝化,并取得了良好的效果。但是六价铬的耐饰性远远高于三价铬,就目前我们正在开发的京沪高铁项目而言,由于是在户外使用,需要面对各种恶劣的天气条件,对耐腐蚀性要求比较高,所以必须使用六价铬彩锌镀层。
我们对如何处理镀层做了一下介绍:
一、紧固件防护层通常均应满足如下基本的要求
(一) 足够的耐蚀性。不同环境条件下使用的紧固件,对防护涂镀层的耐蚀性有不同的要求。耐中性盐雾试验的时间常常用来表征防护层的耐蚀性(尽管并不是很科学),要求开始出现红锈的时间从几十小時到上千小时不等。
(二) 满足旋合性要求。螺栓、螺母等紧固件都存在一个公差配合的问题,需要满足旋合性要求。对于有螺纹的紧固件来说,这是一个挑战和难题,因为受预留公差的限制,紧固件防护涂层的厚度必须控制在允许的范围内,而薄的涂镀层对防护性能会产生不利的影响。因此,紧固件用防护涂镀层不能太厚,同时还必须具有足够的耐蚀性,这是一种很高的要求,也是紧固件防护涂镀层的特点之一。
(三) 满足摩擦性能要求。紧固件表面防护层的摩擦系数影响紧固件的紧固力和扭紧力矩,紧固件涂镀层应具有一致的扭矩一张力特性,这对于采用自动紧固工具的汽车组装线上的紧固件尤为重要。
(四) 满足力学性能要求。紧固件表面处理工艺过程不应对其力学性能产生不利的影响,如导致高强度紧固件的氢脆,或由于热加工导致强度降低等。
(五) 满足外观和颜色要求。对于暴露在外的紧固件,有时会有外观和颜色方面的要求。另外,为了避免规格相似的紧固件在装配时易于混淆,有时会采用不同的颜色来进行标记。
二、紧固件防护涂镀层技术
(一)试样
试样为内六角圆柱头螺钉,螺纹规格d=M6,公称长度L=20 mm,性能等级为8.8级,材质为45#钢。
(二)工艺流程
除油→热水洗→冷水洗→弱浸蚀→两级冷水洗→电镀锌镍合金→两级冷水洗→钝化→冷水洗→热水洗→烘干。
(三)锌及其合金镀层分析
镀镍合金层是紧固件最常用的一种表面防护方法。采用水溶液电镀获得的镀层比较均匀,厚度容易控制。锌基镀层是r种阳极性表面覆盖层,当涂层有破损或缺陷时可以对钢基体提供阴极保护作用。电镀锌镍合金的厚度通常为几个微米至十几个微米。为进一步改善镀锌镍合金层的耐蚀性,锌.钴、锌.镍、锌.铁等合金镀层得到了开发和应用。合金镀层的耐盐雾腐蚀性能是单纯的镀锌层的3—6倍。含有0.4—1.0wt%钴的锌.钴合金镀层具有最佳的耐蚀性能。锌.镍合金镀层中的镍含量通常比较高,可达到10-20 wt‰其最佳含量取决于采用的镀液。由于含有较高的镍,锌、镍合金镀层的耐蚀性优于相同厚度的锌.钴合金镀层。锌.铁合金镀层通常采用碱性镀液施镀,镀层中铁含量应控制在0.4—1.0 wt%。当采用铬酸盐进行后处理时,镀层中的铁会迁移到铬酸盐钝化膜中,通过反应形成更耐蚀的保护膜层。在电镀过程中或酸洗除锈过程中,紧固件的表面容易产生氢的吸附和渗入,导致氢脆的发生,高强度紧固件具有更高的氢脆敏感性。为了减少这种危险,采用这种工艺制备的镀层需要进行后续的驱氢处理,通过低温热处理使氢驱除。
(四)镀层耐蚀性
按GB/T 10125进行中性盐雾试验(NSS),并与镀锌(彩钝)螺钉进行对比,相比锌镀层而言,锌镍合金镀层的耐蚀性能更加优异。研究表明,当锌镍合金镀层发生腐蚀时,镍的存在导致其腐蚀产物,该产物均匀致密地覆盖在表面上,且不易导电,故对镀层有保护作用;而且,镍对阴极过程有抑制作用,这也有利于耐蚀性的提高。然而,锌镀层的腐蚀产物主要是疏松、无保护性的半导体ZnO。
三、结论
(一)钢电镀锌铬酸盐彩色钝化紧固件,其耐腐蚀性能难以满足军用电子设备的要求。
(二)锌镍合金彩色钝化镀层可以显著提高紧固件的防护能力,是一种较理想的防护性镀层,但在恶劣环境中,该镀层仍会遭受腐蚀。
四、发展前景展望
(一)没有一种表面处理技术是万能的,能同时满足所有要求是不现实的。因此,需要根据具体的工况要求开发和选用合适的防护涂层或镀层。另一方面,过多的防护涂镀层品种也会给涂装工作带来麻烦,用户也难以选择和管理,因此提高涂层的通用性是未来的发展方向之一。
(二)对紧固件防护涂镀层的性能要求会越来越高,以满足长寿命保护的要求。同时,需要通过改进配方或工艺降低紧固件涂镀层的成本,高的性价比是紧固件防护层选用的关键因素。
(三)在涂镀层及其制各过程中,应避免采用有毒或对环境有害的物质,含镉或六价铬的涂镀层的应用会受到更严格的限制,发展和应用环境友好的“绿色”替代涂镀层技术是未来的必然趋势。
建议从以下3个方面在我国加快推广“绿色镀膜”这一节能减排、清洁生产技术显得尤为必要。
(一)组织实施绿色镀膜技术示范工程。将绿色镀膜技术的应用列入清洁生产、循环经济试点范围,有关部门在年度投资计划中,分不同地区和领域,安排一批绿色镀膜技术应用示范工程,发挥示范工程的带动和引导作用。
(二)对推广绿色镀膜技术给予一定的政策倾斜。对采用绿色镀膜技术进行原有电镀生产线改造的投资项目,建议财政给予一定的资金奖励或补助。将绿色镀膜技术装备列入节能节水、环境保护专用设备企业所得税优惠政策目录,对使用该技术装备的企业给予减免所得税的优惠。
(三)加大环境执法力度。依法关停或取缔污染严重,无法达到环保排放标准的传统电镀企业,为绿色镀膜技术的推广应用留出更加广阔的市场空间。
参考文献
[1]赵罘.S0lidworks2008中文版基础设计教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]江洪.Solidworks2007基础教程[M].北京:机械工业出版,2007.
[3]黄长艺,严普强.机械工程测试技术基础(2版)[M].北京:机械工业出版社,2007
【关键词】国内;紧固件;镀层锌镍合金;前景;绿色镀膜
京沪高铁变流器紧固件镀层实例分析:
长期以来,电镀及表面处理后的钝化一直都采用六价铬酸盐钝化,但是六价铬毒性大,不符合ROHS(环保)要求。随着人们对环境保护意识的增强,以及一些国家相继签署法令,控制六价铬的使用,近年来我国逐渐改用三价铬酸盐钝化,并取得了良好的效果。但是六价铬的耐饰性远远高于三价铬,就目前我们正在开发的京沪高铁项目而言,由于是在户外使用,需要面对各种恶劣的天气条件,对耐腐蚀性要求比较高,所以必须使用六价铬彩锌镀层。
我们对如何处理镀层做了一下介绍:
一、紧固件防护层通常均应满足如下基本的要求
(一) 足够的耐蚀性。不同环境条件下使用的紧固件,对防护涂镀层的耐蚀性有不同的要求。耐中性盐雾试验的时间常常用来表征防护层的耐蚀性(尽管并不是很科学),要求开始出现红锈的时间从几十小時到上千小时不等。
(二) 满足旋合性要求。螺栓、螺母等紧固件都存在一个公差配合的问题,需要满足旋合性要求。对于有螺纹的紧固件来说,这是一个挑战和难题,因为受预留公差的限制,紧固件防护涂层的厚度必须控制在允许的范围内,而薄的涂镀层对防护性能会产生不利的影响。因此,紧固件用防护涂镀层不能太厚,同时还必须具有足够的耐蚀性,这是一种很高的要求,也是紧固件防护涂镀层的特点之一。
(三) 满足摩擦性能要求。紧固件表面防护层的摩擦系数影响紧固件的紧固力和扭紧力矩,紧固件涂镀层应具有一致的扭矩一张力特性,这对于采用自动紧固工具的汽车组装线上的紧固件尤为重要。
(四) 满足力学性能要求。紧固件表面处理工艺过程不应对其力学性能产生不利的影响,如导致高强度紧固件的氢脆,或由于热加工导致强度降低等。
(五) 满足外观和颜色要求。对于暴露在外的紧固件,有时会有外观和颜色方面的要求。另外,为了避免规格相似的紧固件在装配时易于混淆,有时会采用不同的颜色来进行标记。
二、紧固件防护涂镀层技术
(一)试样
试样为内六角圆柱头螺钉,螺纹规格d=M6,公称长度L=20 mm,性能等级为8.8级,材质为45#钢。
(二)工艺流程
除油→热水洗→冷水洗→弱浸蚀→两级冷水洗→电镀锌镍合金→两级冷水洗→钝化→冷水洗→热水洗→烘干。
(三)锌及其合金镀层分析
镀镍合金层是紧固件最常用的一种表面防护方法。采用水溶液电镀获得的镀层比较均匀,厚度容易控制。锌基镀层是r种阳极性表面覆盖层,当涂层有破损或缺陷时可以对钢基体提供阴极保护作用。电镀锌镍合金的厚度通常为几个微米至十几个微米。为进一步改善镀锌镍合金层的耐蚀性,锌.钴、锌.镍、锌.铁等合金镀层得到了开发和应用。合金镀层的耐盐雾腐蚀性能是单纯的镀锌层的3—6倍。含有0.4—1.0wt%钴的锌.钴合金镀层具有最佳的耐蚀性能。锌.镍合金镀层中的镍含量通常比较高,可达到10-20 wt‰其最佳含量取决于采用的镀液。由于含有较高的镍,锌、镍合金镀层的耐蚀性优于相同厚度的锌.钴合金镀层。锌.铁合金镀层通常采用碱性镀液施镀,镀层中铁含量应控制在0.4—1.0 wt%。当采用铬酸盐进行后处理时,镀层中的铁会迁移到铬酸盐钝化膜中,通过反应形成更耐蚀的保护膜层。在电镀过程中或酸洗除锈过程中,紧固件的表面容易产生氢的吸附和渗入,导致氢脆的发生,高强度紧固件具有更高的氢脆敏感性。为了减少这种危险,采用这种工艺制备的镀层需要进行后续的驱氢处理,通过低温热处理使氢驱除。
(四)镀层耐蚀性
按GB/T 10125进行中性盐雾试验(NSS),并与镀锌(彩钝)螺钉进行对比,相比锌镀层而言,锌镍合金镀层的耐蚀性能更加优异。研究表明,当锌镍合金镀层发生腐蚀时,镍的存在导致其腐蚀产物,该产物均匀致密地覆盖在表面上,且不易导电,故对镀层有保护作用;而且,镍对阴极过程有抑制作用,这也有利于耐蚀性的提高。然而,锌镀层的腐蚀产物主要是疏松、无保护性的半导体ZnO。
三、结论
(一)钢电镀锌铬酸盐彩色钝化紧固件,其耐腐蚀性能难以满足军用电子设备的要求。
(二)锌镍合金彩色钝化镀层可以显著提高紧固件的防护能力,是一种较理想的防护性镀层,但在恶劣环境中,该镀层仍会遭受腐蚀。
四、发展前景展望
(一)没有一种表面处理技术是万能的,能同时满足所有要求是不现实的。因此,需要根据具体的工况要求开发和选用合适的防护涂层或镀层。另一方面,过多的防护涂镀层品种也会给涂装工作带来麻烦,用户也难以选择和管理,因此提高涂层的通用性是未来的发展方向之一。
(二)对紧固件防护涂镀层的性能要求会越来越高,以满足长寿命保护的要求。同时,需要通过改进配方或工艺降低紧固件涂镀层的成本,高的性价比是紧固件防护层选用的关键因素。
(三)在涂镀层及其制各过程中,应避免采用有毒或对环境有害的物质,含镉或六价铬的涂镀层的应用会受到更严格的限制,发展和应用环境友好的“绿色”替代涂镀层技术是未来的必然趋势。
建议从以下3个方面在我国加快推广“绿色镀膜”这一节能减排、清洁生产技术显得尤为必要。
(一)组织实施绿色镀膜技术示范工程。将绿色镀膜技术的应用列入清洁生产、循环经济试点范围,有关部门在年度投资计划中,分不同地区和领域,安排一批绿色镀膜技术应用示范工程,发挥示范工程的带动和引导作用。
(二)对推广绿色镀膜技术给予一定的政策倾斜。对采用绿色镀膜技术进行原有电镀生产线改造的投资项目,建议财政给予一定的资金奖励或补助。将绿色镀膜技术装备列入节能节水、环境保护专用设备企业所得税优惠政策目录,对使用该技术装备的企业给予减免所得税的优惠。
(三)加大环境执法力度。依法关停或取缔污染严重,无法达到环保排放标准的传统电镀企业,为绿色镀膜技术的推广应用留出更加广阔的市场空间。
参考文献
[1]赵罘.S0lidworks2008中文版基础设计教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]江洪.Solidworks2007基础教程[M].北京:机械工业出版,2007.
[3]黄长艺,严普强.机械工程测试技术基础(2版)[M].北京:机械工业出版社,2007