1 機械鍍的定義

 

　　機械鍍鋅：在鋅粉及分散劑、促進劑、液體介質等化學物質存在的條件下，利用沖擊介質（如玻璃珠）沖擊碰撞鋼鐵制件表面而在制件表面形成鍍鋅層的表面處理工藝。

 

2 機械鍍的適用范圍

 

　　工件能否用機械鍍鋅進行表面處理要視其尺寸和形狀而定。一般長度小于300mm，質量小于0.5kg的工件　　適合于機械鍍鋅。再大些的工件雖然也可以加工，但會因裝載量少而影響生產成本。帶盲孔和深凹槽的工件不適合機械鍍。可以進行機械鍍的金屬基體有許多，包括碳素結構鋼、低合金高強度鋼、優質碳素結構鋼、合金結構鋼、可鍛鑄鐵、灰鑄鐵；粉末冶金件、黃銅鑄件、青銅鑄件、燒結銅件以及粉末冶金的鐵氧體。

 

3 分級、分類

 

3.1 機械鍍鋅層分級機械鍍鋅按其鍍鋅層的厚度分成如表1所示的幾個等級。

 

　　表1機械鍍鋅層等級及其代號等級代號鍍鋅層的最小厚度，μm110Fe/Zn110M10780Fe/Zn80M8170Fe/Zn70M6965Fe/Zn65M6655Fe/Zn55M5350Fe/Zn50M5040Fe/Zn40M4025Fe/Zn25M2512Fe/Zn12M128Fe/Zn8M85Fe/Zn5M5　　注：代號的表示方法為：Fe-基體為鋼鐵，Zn-鍍層為鋅，數字-等級，M-機械鍍。例如：Fe/Zn50M表示鋼鐵基體上鍍層等級為50的機械鍍鋅層。

 

3.2 機械鍍鋅層等級的選擇

 

　　在相同的腐蝕環境下，機械鍍鋅層的耐腐蝕壽命與其厚度成正比，但增加鍍層厚度的同時也增加了制件的幾何尺寸。對于有配合要求的制件如緊固件等，應在考慮使用壽命的同時考慮配合要求。另外，增加鍍層厚度也會使生產成本增加。所以應綜合考慮以上因素，選擇合適的機械鍍鋅層等級。

 

表2給出了不同類型的大氣環境下鍍鋅層的腐蝕速率，供選擇等級時參考。需要說明的是，雖然表2是在廣泛實驗的基礎上得出的數據，但是因不同地區的腐蝕環境即使在相同類型的大氣條件下也會有很大差異，所以在某個地區測得的數據與與這些平均數據可能會有較大的偏差。

 

表2不同大氣類型下鍍鋅層的腐蝕速率大氣類型平均腐蝕速率(μm/年)工業大氣5.6城市非工業大氣或海洋大氣　　1.5郊區大氣1.3農村大氣0.8室內＜0.5

 

3.3 機械鍍鋅層分類

 

根據機械鍍鋅后是否需要進行鉻酸鹽鈍化處理而將機械鍍鋅層分為以下兩種類型：類型Ⅰ：機械鍍鋅后不進行鉻酸鹽鈍化處理；類型Ⅱ：機械鍍鋅后進行鉻酸鹽鈍化處理。 　　

 

3.4 機械鍍鋅層類型的選擇

 

　　類型Ⅰ

 

　　1）如果制件在使用過程中，表面形成的白色腐蝕產物并無害處或可以被接受，在這種情況下使用類型Ⅰ可降低生產成本。

 

2）制件的使用環境高于70℃時，鉻酸鹽鈍化膜的耐蝕效果要大大降低，若從經濟上考慮，選擇類型Ⅰ即可。類型Ⅰ鍍鋅層可在高達120℃的溫度下使用。 　　

 

類型Ⅱ　　

 

1）類型Ⅱ鍍鋅層表面的鉻酸鹽鈍化膜可延緩白色腐蝕產物和紅銹的出現；

 

　　2）類型Ⅱ可以是彩虹色、青銅色、橄欖綠色、黃褐色、棕色或黑色，可以根據需方要求選擇上述顏色中的任意一種顏色的鍍鋅層。

 

4、機械鍍鋅技術要求

 

4.1工藝過程

 

4.1.1消除應力

 

　　抗拉強度σb≥1000MPa的鋼鐵制件，以及由于機械加工、研磨、校直、冷加工成型等而產生拉應力的鋼鐵制件，都應進行消除應力的熱處理。熱處理工藝條件為：190℃±15℃，≥3h。經消除應力熱處理后，制件的硬度不得低于所要求的硬度最低值。

 

4.1.2除油祛銹

 

　　采用機械、化學或電化學方法除制件表面的油污、氧化皮或銹跡。對于高強度制件，通常采用電解堿性除油或陽極堿性除油。采用酸浸蝕時加入適當的緩蝕劑，以減小產升氫脆的可能性。

 

4.1.3預鍍

 

　　預鍍處理通常是采用化學浸銅的方法使制件表面預鍍上一層較薄的銅層，銅層的厚度不作要求，也可不進行預鍍處理。是否進行預鍍處理，由供需雙方協商決定。

 

4.1.4機械鍍鋅

 

　　除制件外，鍍鋅滾桶內至少應包括以下物質：a）鋅粉用于形成鍍鋅層的主要成分；b）沖擊介質通常采用玻璃珠或其他在機械鍍鋅工序中與所采用的化學物質基本不起化學反應的物質。沖擊介質主要作用是隨著滾筒的旋轉，產生機械沖擊力，將鋅粉碰撞沉積于制件表面；c）促進劑主要作用是促進鋅粉均勻地沉積在制件表面；d）液體介質通常采用水。

 

4.1.5分離

 

4.1.6漂洗

 

4.1.7干燥

 

4.1.8鉻酸鹽鈍化處理

 

對類型Ⅱ鍍鋅層，應在含六價鉻離子的鈍化液中進行鈍化處理。

 

4.1.9涂覆蠟、清漆或其它有機涂層

 

在機械鍍鋅層上涂覆蠟、清漆或其它有機涂層可以改善潤滑性能或提高耐蝕性。

 

4.1.10清除氫脆處理

 

　　雖然高強度鋼在機械鍍鋅過程中是不產生氫脆的，但在除油去銹，特別是在酸浸蝕法去銹過程中，仍有產生氫脆的可能。所以這類制件在經過機械鍍鋅之后，承受載荷之前，應在室溫下至少放置48小時，或由供需雙方協商采用適當的方式消除氫脆。

 

4.2外觀

 

4.2.1鍍鋅層應覆蓋所有的有效面積，包括螺紋的齒根、齒尖和邊角。

 

4.2.2鍍層外觀應色澤均勻，呈非光亮或半光亮狀態。注：機械鍍的特點決定了機械鍍鋅層不如電鍍鋅層光滑和光亮

 

4.2.3鍍層無起皮、無夾雜、無結瘤、無氣孔及其它影響外觀和性能的缺陷。

 

4.2.4由制件基體表面的砂眼、夾雜等缺陷而造成的鍍鋅層外觀缺陷和表層因漂洗干燥引起的污跡，顏色和光澤的不均勻，不應視為鍍鋅外觀不合格。

 

4.3厚度

 

4.3.1除4.3.2所述區域外，有效表面上任意一點的鍍鋅層厚度應達到表1的要求。

 

4.3.2機械鍍鋅的特點決定了其鍍層厚度存在不均勻性，在制件的邊角、刃口、內孔和凹槽等區域，鍍層厚度較薄，這些區域的鍍鋅層厚度允許低于表1的要求，或由供需雙方協商確定這些區域的最小厚度要求。

 

4.4附著強度

 

4.4.1機械鍍鋅層與基體應結合良好，并能承受制件在規范條件下的操作。

 

4.4.2經6.3中所述試驗后合格。

 

4.5耐蝕性

 

4.5.1不同等級和類型的機械鍍鋅層經8.4所述的中性鹽霧試驗后，應達到表3規定的試驗時間要求。表3機械鍍鋅層經中性鹽霧試驗后出現白色腐蝕產物和紅銹的最低時間要求出現白色腐蝕產物的時間，h等級55～1105040251285類型Ⅰ無要求類型Ⅱ72出現紅銹的時間，h等級55～1105040251285類型Ⅰ≥300300250192965636類型Ⅱ≥300300250192967272

 

4.5.2對于類型Ⅱ的鍍層耐蝕實驗試驗不僅要求達到出現白色腐蝕產物的時間要求，而且同時也要求達到出現紅銹的時間要求。

 

4.6氫脆高強度鋼制件經機械鍍鋅后，應達到需方指定的氫脆試驗要求。

 

5、抽樣

 

5.1抽樣應按GB/T12609規定的方法進行。

 

5.2如果被鍍制件因尺寸、形狀或其他原因不適合或不能作為樣品進行技術要求的有關實驗時，允許采用試樣代替實際的制件作為樣品，但是所采用的試樣應滿足以下條件：

 

　　a）試樣應采用與所代表的制件相同的材料制成，并具有相同的冶金學狀態；

 

　　b）試樣應與制件同時進行完全相同的所有工藝步驟；

 

　　c）試樣的尺寸、形狀及數量由供需雙方協商決定。

 

6、檢驗方法

 

6.1外觀在自然散射光下，用肉眼觀察。

 

6.2厚度檢測

 

　　a）顯微鏡法按照GB/T6462和GB/T12334的規定進行檢驗。顯微鏡檢驗法是機械鍍鋅層厚度的仲裁方法。

 

b）磁性測厚法及其他方法按照GB/T4956中磁性測厚的規定進行檢驗，也可以按照GB/T6463規定采用其它誤差小于10%的方法進行檢驗。注：類型Ⅱ鍍層的厚度測量應在鉻酸鹽鈍化完成后進行，測量厚度之前，應將鈍化膜從測量面上去除，可采用非常軟的磨料（如膏劑氧化鋁或氧化鎂），用手輕磨去除鈍化層。

 

6.3 附著強度

 

按照GB/T 5270的規定進行檢驗。

 

6.4 耐蝕性檢驗

 

按照GB/T 10125的規定進行中性鹽霧試驗。類型Ⅱ鍍鋅層在進行中性鹽霧試驗之前，應在室溫下老化24h。涂覆蠟、清漆或其它有機涂料的制件不能作為腐蝕試驗的樣品。

 

6.5 氫脆試驗

 

按供需雙方事先商定的試驗方法進行。

 

 

 

目前，機械鍍工藝技術在國內的生產應用已初具規模，主要表現在：出口零部件有，電力用緊固零件、五金，建筑類制釘、射釘、環鏈、沖壓件，鉆尾釘及相關機械產品使用的高強鋼彈性零件和緊固件；國內應用方面主要有，高速公路用緊固螺栓、電力用緊固零部件，及機械產品高強鋼緊固零件等。

 

工業技術應用的市場化過程，同時也對其本身提出了相應的技術標準及技術升級要求。國內機械鍍生產廠及國內外采購商，都在開始關注機械鍍產品的鍍層技術標準和檢測驗收。在國內，機械鍍鋅工藝技術的應用，目前，主要有三個類型機械鍍促進劑（引發劑）技術配方和相關工藝技術操作在生產上應用，在鍍層技術質量上，因不同促進劑配方結構特點及操作要領就反映出不同的鍍層優劣情況。針對這種情況，本文根據相關機械鍍技術標準，列舉不同零部件產品的機械鍍鍍層，提出檢測判別方法來評估鍍層的優劣情況，使相關用戶，對機械鍍工藝技術的生產應用與質量檢測提高到一定的認知水平。

 

1.戶外用電力、高速公路螺栓機械鍍鋅重防腐厚鍍層的檢測與控制

 

因為是戶外使用，所以都重點要求零件表面鍍層的含鋅量達到350克/平米，或鍍層厚度為50微米以上；也有更高要求的，目的是要滿足戶外使用的緊固件達到10-30年以上不生紅銹（1）。如，美國輸電鐵塔鍍鋅螺栓標準ASTM-A394-93除要求電力螺栓防腐通常可采用鍍層含鋅量350克/平米的熱鍍鋅或機械鍍鋅外，對特定環境的機械鍍鋅的鍍層厚度也專門提出了鍍層最小平均含鋅量為1.65盎司/平方呎（5.02克/平方分米或71.7微米鍍層厚度）以及任意點處鍍層的最小含鋅量為1.05 盎司/平方呎（4.569克/平方分米或65.27微米鍍層厚度）我國的《電力金具通用技術條件》GB 2314-1997技術標準也明確提出螺栓的鍍鋅含量最低為380克/平方米 (約54.285微米鋅鍍層厚度)這些鍍層含鋅量的要求，都是基于鋅鍍層是電化學陽極保護鍍層來確定的，鍍層的含鋅量多少，是與防腐蝕年限成正比的。鍍層厚度檢測可采用磁性測厚儀或金相鍍層顯微剖面來檢測。 對鍍層與基體的結合力，可按相關技術標準或常規的鍍層結合力檢測標準來檢測。

 

另外，對機械鍍的生產工藝技術優劣水平考核時，可根據機械鍍形成鍍層的特點，在批量生產時，每次滾筒生產零件倒出后，對整體零件鍍層韌性目視檢察時，不應存在鍍層表面在零件的凸刃處產生鍍層被沖擊脫落現象，并且抽檢要求達到鍍層的常規硫酸銅試驗四次以上；鍍層結合力及韌性檢察為：用鋼制榔頭凸刃處沖擊零件表面鍍層時，可允許被沖擊鍍層從局部脫落鍍層碎渣，但鍍層脫掉后，底部不可露裸底層銅色或鐵基體。 這兩個檢察要點將體現該機械鍍工藝技術水平的優劣。

 

由于機械沉積鍍層的生產廠操作技術方式各異，同時要抽檢考核機械鍍鍍層的密度結構，這是按澳大利亞AS-3566.2-2002技術標準對鍍層進行金相顯微剖面制備，然后按標準結構密度圖形對比，并按密度圖形確定的8級標準來考核比較確認。鍍層密度8級的金相剖面顯微鍍層觀察時，鍍層的空洞就很微小和量少，這一點對戶外重防腐鋅鍍層來講尤為重要。對鍍層的外觀檢查，除考核表面光亮度（機械鍍鍍層特性表面為光滑的半光亮鍍層、不如電鍍層全光亮，但鍍層表面光滑、光亮優于熱浸鍍鋅）外，還要檢查鍍層表面是否有游離金屬（鋅）粉存在。

 

考核方法是，鍍后零件鍍層擦拭皮膚時，檢查皮膚表面不應掛有黑灰色鋅粉。上述幾個考核點在生產上都能穩定達到時，就說明其厚鍍層的機械鍍工藝技術生產已達到優良應用的技術水平。并在其環保及清潔生產工藝對比認同時，對于戶外緊固件重防腐鋅鍍層技術領域，取代污染嚴重的手工操作熱浸鍍鋅工藝，將具備可比競爭性。

 

2 各類零部件的機械鍍鍍層檢測

 

2．1 高強鋼零部件的機械鍍鋅

 

這類零件的鍍層厚度一般為：5-50微米鍍層厚度范圍，產品有射釘、彈簧零件、緊固件、沖壓件等，應用機械鍍鋅主要是防止鍍鋅過程對這類淬火鋼基體產生滲氫并造成對零件基體氫脆危害。機械鍍鍍層沉積過程不通電，沒有電化學陰極析氫現象，所以對淬火鋼基體不產生氫脆危害，這就是機械鍍工業應用的價值。

 

對這類零件的鍍層質量的檢測同樣按上述“1”敘述的各項要求進行檢測外，需要時，還要對鍍層進行必要的后處理鉻鈍化；對于鈍化的檢測要求，按美國ASTM-B695-00技術標準《鋼鐵上機械沉積鋅鍍層 標準規范》通用72小時鹽霧試驗不產生白色銹蝕物為鍍層鈍化合格。但鍍層的鈍化正常合格與機械鍍鋅的工藝操作要點、促進劑配方結構有著相互的依賴關系。也就是鍍層表面光滑、光亮，不掛游離鋅粉，并鍍層金相顯微剖面按AS-3566.2-2002技術標準顯微檢測達到鍍層結構密度8級，達到這些項目的技術要求，鍍層后處理鈍化質量就有了技術保證。

 

另外，若機械鍍工藝操作技術要點不完善，在零件的尖刃部位，通過10倍放大鏡檢查時，將見到露裸鐵基體現象產生。所以，機械鍍的工藝生產技術操作控制仍是重要的，對不同形狀的零件要作相應技術操作調整來適應；這也適合生產中時有發生的鍍層沖擊脫落現象的技術處理。

 

 

 

2．2 鉆尾釘的機械鍍混合鋅錫粉鍍層

 

國內各型號的鉆尾釘機械鍍混合鋅錫粉鍍層，是按澳大利亞AS-3566.2-2002技術標準執行生產的，機械鍍層檢測項目有：鍍層厚度25微米和45微米級別；金相剖面顯微密度8級要求；鍍層結合力；鍍層鈍化72小時不產生白銹；鍍層含錫量20%和25%技術等級要求；鍍后鍍層表面浸涂料加溫固化。這些檢測項目合格后，鍍層鹽霧試驗可通過1000小時以上。

 

機械鍍混合鋅錫粉鍍層的戶外使用壽命與鍍層正確充足的含錫量及鍍層金相顯微密度標準8級重要相關，這就要求工藝技術操作與沉積用促進劑及相關應用原料適合穩定，并可通過技術要求的各項檢測指標。

 

3.相關機械鍍技術標準參考

 

用戶根據產品技術要求，采用相關機械鍍鍍層時，行之有效的方法應是對鍍后產品進行任意產品數量抽檢，并以此對產品鍍層質量和技術工藝的優劣作出正確判斷。只有按相關的技術標準項目反復檢測合格，才能確定產品鍍層質量通過和符合對應的技術標準。

 

各類相關應用的機械鍍技術標準題目如下（2）：

 

（1）鋼鐵制件機械鍍鋅：JB/T 8928-1999年。

 

（2）機械鍍鋅通用技術標準：ASTM B695-00；《鋼鐵上鋅機械沉積層標準規范》。

 

（3）輸電鐵塔鍍鋅螺栓標準：ASTM A394-93。

 

（4）鋼結構連接用高強螺栓標準：ASTM A325M-97。

 

（5）公路護欄用波形梁標準： AASHTO M180-89。

 

（6）國家公路與運輸管理協會，行業通用機械鍍鋅標準：AASHTO -M298-92。

 

（7）木材基體材料用制釘標準：ASTM F 547-77（Reapproved 1995）。

 

（8）美軍應用機械鍍標準：MIL-C-81562B。

 

（9）通用汽車公司機械鍍鋅企業標準：GM 4345M, GM4344M, GM4346M。

 

（10） 福特汽車公司機械鍍鋅企業標準： ESF-MIP67-A ,ESF-MIP68-A。

 

（11） 克來斯勒汽車公司機械鍍鋅企業標準：PS-8956, PS1536, PS4850 。

 

（12）澳大利亞鉆尾釘機械鍍防腐標準：AS-3566.2-2002

 

       機械鍍的工藝優勢，在于適應相關的機械零部件的防腐蝕；鍍層沒有氫脆危害，可常溫生產操作，可調整鍍層金屬粉種類來提高防腐能力，工藝生產對環境污染少，屬于清潔生產工藝。用戶可參考上述相關機械鍍技術標準實施規范生產與質量檢驗