鋅鉻涂層件表面精度控制
發(fā)布時間:2014-12-04
發(fā)布者: 張力 專家
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1、概要
緊固件常用的表面防護方法有發(fā)黑、磷化、電鍍鋅、電鍍鎘及有機涂層。電鍍鋅在海洋性氣候下的防腐能力有限,且易引起氫致延遲斷裂,給承載結構的高強度連接帶來安全隱患;電鍍鎘在海洋性環(huán)境中的防腐能力較好,電鍍鎘的氫致延遲斷裂較輕微,但是汽毒性大,會危害環(huán)境,不符合清潔生產(chǎn)的發(fā)展方向;有機涂層由于結合力、涂層孔隙等方面的原因,也不易滿足海洋環(huán)境的需求。鋅鉻涂層(又稱達克羅)具有高耐腐蝕性和低氫致延遲斷裂等特點,正得到人們越來越多的重視和應用。
 
2、試驗
鋅鉻涂層的組成為:Zn75%、Al10%,鉻的氧化物15%。鉻的氧化物作為粘接劑存在于層層疊加的片狀鋅粉、鋁粉之間,其存在形態(tài)是非晶態(tài)的復合物。

膜層制備的步驟如下:清潔→裝掛→脫脂→水洗→吹干→拋丸→浸涂→甩干→烘烤→固化→冷卻→檢查。涂層固化經(jīng)歷了水分揮發(fā)、六價鉻還原、過剩有機物分解以及鉻化合物非晶態(tài)化等過程。步驟中,拋丸、浸涂、甩干是決定膜層表面粗糙度和厚度的關鍵。
 
實踐中發(fā)現(xiàn),從拋丸開始,調(diào)整丸粒大小、拋丸速度、角度及裝載量,可以保證螺栓表面粗糙度,并達到控制涂層尺寸精度的目的。此外,通過調(diào)整涂覆液成分配比、黏度及涂覆次數(shù),可以控制膜層的厚度,采用二次或三次涂覆的方法能使膜層厚度更均勻。
 
2.1 表面粗糙度的影響
鋅鉻涂層件的影響因素,主要有表面粗糙度,前處理的好壞決定緊固件表面清潔處理后的等級、粗糙度等,直接影響到涂層體系與基體結合的牢固程度,進而影響到涂層體系的防護性能。緊固件常用的表面清潔處理方法為拋丸,調(diào)整鋼丸的大小、拋丸速度、噴射角度和螺栓裝載量等參數(shù),可以控制螺栓、螺母的表面粗糙度;對兩種不同原始粗糙度等級的緊固件拋丸后的原圓變化進行檢測,可以找出影響緊固件粗糙度的因素。
實驗中發(fā)現(xiàn),拋丸機的拋丸速度和噴射角度不能有較大范圍的變動,且這兩個參數(shù)對緊固件表面粗糙度的影響有限,因此固定拋丸速度、噴射角度和拋丸時間,采用直徑φ0.2mm和φ0.3mm的鋼丸對螺栓拋丸處理,鋼丸大小對螺栓表面狀況的影響見表1。對拋丸后的螺栓進行涂覆處理,處理前后的粗糙度和尺寸測試結果見表2。

表1        鋼丸大小對螺栓表面粗糙度的影響
編號
鋼丸直徑
φ/mm
原始粗糙度
Ra/μm
拋丸后粗糙度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     涂覆處理對螺栓外圓尺寸的影響
編號
表面粗糙度Ra/μm
外圓尺寸φ/mm
涂層厚度/mm
原始
拋丸后
涂覆后
原始
拋丸后
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
 
從表1和表2數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)拋丸處理后,螺栓表面粗糙度可以增大1個數(shù)量級,鋼丸粒度的大小是影響螺栓表面粗糙度的重要因素。經(jīng)過拋丸的螺栓進行涂覆處理后,表面粗糙度略有降低。通過測量螺栓外圓尺寸,發(fā)現(xiàn)直徑方向上有局部尺寸突然增加約3μm,單層膜層厚度有1.5μm左右的誤差。這是因為在離心作用下,涂料向同一方向流動,導致該方向上的膜層增厚,產(chǎn)生尺寸誤差。

2.2涂層厚度的控制

鋅鉻涂層件的另一影響因素,涂層厚度的控制。鋅鉻涂料的附著量一方面由涂料的黏度決定,另一方面由離心機甩干速度決定(離心機甩干時間固定)。通過調(diào)整鋅鉻涂料的黏度和離心機的甩干速度,就可以實現(xiàn)對涂層厚度的控制。
 
實踐表明螺栓的涂覆量主要取決于離心機甩干旋轉(zhuǎn)速度,轉(zhuǎn)速越低,涂覆量越大,當旋轉(zhuǎn)速度一定時,鋅鉻涂料的黏度越大,則涂覆量也越大。此外,涂覆量與螺栓的尺寸和形狀也有關。試驗分別經(jīng)一次、二次、三次涂覆的螺栓,在最終涂覆量相同的情況下,涂覆次數(shù)越多,涂層越均勻,表面越光潔,其表面抗腐蝕性能越好。
 
3、小結
用精度6g/6H的螺栓連接副進行工藝驗證,希望涂覆的涂層厚度為3~5μm,采用直徑φ0.2mm的鋼丸進行拋丸處理,涂料黏度為89s。因為涂層厚度要求為3~5μm,涂覆量為155~175mg/dm2,根據(jù)涂覆量等值圖查得應使用的拋甩速度為270~300r/min。經(jīng)過對涂覆后螺紋的精度進行檢測,表明涂層符合技術要求,厚度得到了精確控制。按照GB/T18684-2002《鋅鉻涂層技術條件》的要求進行行能檢測,經(jīng)中性鹽霧試驗720h沒有出現(xiàn)腐蝕,且結合力優(yōu)良。
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