最全紧固件表面处理知识汇总，掌握了分分钟成高手！
表面处理是一门涉及电化学、力学、物理学等多门学科的学科，很多企业中的操作人员、技术管理人员及技师（只懂机械制图）对其了解不深，导致质量体系的FMEA中分析的失效模式不相关，对CP的控制更是一片空白。
今天金妹儿给大家分享一篇非常实用的文章：紧固件行业表面处理基础知识。好文章，记得分享给大家哦~
1.电镀原理及基础
1、电镀定义：
电镀是镀液中主盐金属离子在直流电场作用下，经扩散、对流、电迁移等传质方式到达阴极工作面，获得电子而被还原为金属原子，并进一步结晶排列成金属层的过程。（狭义）
2、电镀原理：
电镀装置示意图。被镀部分为阴极，接直流电源负极，金属阳极接直流电源正极。阳极和阴极均浸没在镀液中。当在阴极与阴极之间加上一定的电位时，在阴极发生如下反应：从镀液内部扩散到电极与镀液界面的金属离子Mn+从阴极获得n个电子，被还原为金属M；另一方面，阳极则发生与阴极完全相反的反应，即金属M在阳极界面溶解，放出n个电子，生成金属离子Mn+。
3.电镀液成分介绍
1）主盐
主盐是指镀液中能使所需镀层金属在阴极上沉积并起提供金属离子作用的盐。镀液中主盐浓度必须在适当的范围内。在其他条件不变的情况下，主盐浓度的增高或降低都会影响电沉积过程和最终镀层结构。例如，随着主盐浓度的增加，电流效率提高，金属沉积速度加快，镀层晶粒变粗，溶液分散能力下降。（氯化锌）
2）罗混合物
在某些情况下，如果镀液中主盐的金属离子为简单离子，镀层晶粒会比较粗大，因此应采用含有复杂离子的镀液。获得复杂离子的方法是加入络合剂，即能与主盐的金属离子络合形成络合物的物质。络合物是由简单化合物相互作用形成的“分子化合物”。在含有络合物的镀液中，影响电镀效果的主要因素是主盐与络合剂的相对含量，即络合剂的游离量，而不是绝对含量。（在碱性条件下电镀时，由于大多数金属离子会以氢氧化物形式析出，因此必须采用复杂电镀，此时络合剂是镀液中必不可少的成分。锌酸盐镀锌液中的氢氧化钠和三乙醇胺。）
3）加盐
附加盐是电镀中除主盐以外的某些碱金属或碱土金属盐，主要起提高电镀液导电性的作用，对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能提高镀液的深镀能力和分散能力，镀层细腻。（氯化钾、氯化钠质量不好）
4）缓冲区
缓冲剂是用来稳定溶液pH值的物质。这些物质一般由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成，可以减少溶液遇到碱或酸时pH值的变化。（硼酸）
5）阳极活化剂
镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态，能正常溶解。当阳极活化剂含量不足时，阳极不能正常溶解，主盐含量会迅速下降，影响镀液的稳定性。（用于氰化物镀铜）
6）添加剂
添加剂是指那些不明显改变镀层导电性能，但能明显改善镀层性能的物质。根据添加剂在镀液中所起的作用，可分为：光亮剂、整平剂、防雾剂等。
4、影响电镀质量的因素
影响电镀质量的因素有很多，包括镀液的各种成分，各种电镀工艺参数等。下面就其中的一些主要因素进行说明。
1）pH值的影响
镀液中的pH值可影响氢气的放出电位、碱性夹杂物的析出，还可影响络合物或水合物的组成及添加剂的吸附程度。但各种因素的影响程度一般是难以预测的，最佳pH值往往要通过实验来确定。在含有络合剂离子的镀液中，pH值可能影响存在的各种络合物的平衡，因此必须根据浓度来考虑。在电镀过程中，若pH值升高，则阴极效率高于阳极效率，若pH值降低，则反之。可通过加入缓冲剂将pH值稳定在一定范围内。
2）添加剂的影响
镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层的结构。添加剂有无机和有机之分。无机添加剂之所以起作用，是因为它在电解液中形成高度分散的氢氧化物或硫化物胶体，吸附在阴极表面，阻碍金属的析出，改善阴极极化。有机添加剂之所以起作用，是因为这类添加剂大部分是表面活性剂，它们会吸附在阴极表面形成薄膜，阻碍金属的析出，从而改善阴极极化。另外，有些有机添加剂在电解液中形成胶体，与金属离子络合，形成胶体-金属离子复合物，阻碍金属离子的放电，改善阴极极化。
3）电流密度的影响
任何电镀都要有一个能产生正常镀层的电流密度范围。电流密度太低时，阴极极化效应小，镀层粗糙，甚至无镀层。随着电流密度的增加，阴极极化效应增强，镀层晶粒越来越细小。电流密度过高，超过极限电流密度时，镀层质量开始变坏，甚至出现海绵状、树枝状、烧焦和发黑等现象。电流密度变化的上限和下限是由电镀液的性质、浓度、温度和搅拌决定的。一般在主盐浓度增大，镀层温度升高，有搅拌的情况下，可以允许较大的电流密度。
4）电流波形的影响
电流波形的影响通过改变阴极电位和电流密度来影响阴极沉积过程，进而影响镀层的组织结构甚至成分，引起镀层性能和外观的变化。实践证明，三相全波整流相当于稳压直流电，对镀层组织几乎没有影响，而其他波形则影响较大。
5）温度的影响
镀液温度的升高，可以加速扩散，降低浓差极化。另外，温度升高还可以加速离子的脱水过程，离子和阴极表面活性的增强，也使电化学极化降低，导致晶体粗化。另一方面，温度升高可以增加盐的溶解度，从而提高电导率和分散性；也可以提高电流密度的上限，从而提高生产效率。
6）搅拌的影响
搅拌会降低阴极极化，使晶粒变粗，但可以提高电流密度，从而提高生产率，另外搅拌还可以增强整平剂的效果。
产品表面越干净、光滑，涂装效果越好，产品形状也会影响电流分布、位置定位等。
2、电镀的分类及作用
1.按照使用方式，大致可以分为五类
电化学法：此方法的特点是利用电极反应，在零件表面形成镀层，应用最广泛的方法有电镀和阳极氧化。
化学镀法：此方法的特点是在无电流存在下，利用物质间的相互作用，在零件表面形成镀层。主要工序有：化学镀（化学镀镍、化学镀铜）；化学转化膜处理（锌的铬酸盐钝化、钢的磷化、氧化）。
热加工方法：主要是热镀锌。
高真空法。
其他物理方法。
2.按功能可分为五类
3.按加工方法可分为四类
4、镀锌液的分类
氰化物镀锌：镀层结晶细小，除氢后不会发黑，镀液分散性好，温度范围较宽，废水处理方便；电流效率低，不宜镀铸铁件，毒性大，且易分解，操作不安全。
锌酸盐镀锌：对钢材无腐蚀作用，可用氰化物镀锌液转化，维护费用低，镀层细密，对材质敏感性小，废水处理方便。缺点是电流效率低，电镀时气体刺激性较大，需有排气设备。
氯化物镀锌：电流效率高（95%），镀层质量好，电镀过程中渗氢少，可镀在弹性件上，可直接镀在铸件或高碳钢上，镀液对操作人员影响小，不需要抽气装置，管理维护也方便；缺点是对钢制设备的腐蚀性强，钝化膜会“变色”，氯化铵废水处理困难，无氨电镀可以改善这一点。
硫酸盐镀锌：镀液简单，成本低，电流效率高，沉积速度快，适用于线材、带材的高速电镀。与其他类型镀液相比，它的阴极极化较小，镀层晶体粗大，分散覆盖能力差，所以只适用于形状简单的零件。
3、紧固件表面处理工艺的选择及介绍
1、紧固件表面处理工艺的选择
选择采用哪种表面处理是每个设计师面临的问题，表面处理方式有很多种可以选择，但原则只有“经济实用”。
由于商用紧固件几乎全部由碳钢和合金钢制成，一般紧固件都希望能够防止腐蚀。此外，表面处理涂层必须牢固附着，在安装和拆卸过程中不能脱落。对于螺纹紧固件，涂层必须足够薄，以便镀层后螺纹仍能拧紧。涂层的温度极限一般低于紧固件材料的温度极限，因此还必须考虑紧固件的工作温度要求。
说到表面处理，人们一般注重美观、耐腐蚀等性能，但紧固件最主要的作用是紧固构件，表面处理对紧固件的紧固性能也有很大的影响。因此，在选择表面处理时，还应考虑紧固性能因素，即安装扭矩-预紧力的一致性。
一个高水平的设计师不仅要考虑设计，还要注意装配的工艺性甚至环境保护的要求。
基于以上因素，下面简单介绍几种常用的紧固件涂层，供紧固件从业者参考。
电镀锌
电镀锌是商用紧固件最常用的镀层，价格比较便宜，外观好看，可以是黑色，也可以是军绿色。但其防腐性能一般，是镀锌（涂）层中防腐性能最低的。一般电镀锌的中性盐雾试验在72小时以内，有些采用专用封闭剂，可使中性盐雾试验达到200小时以上，但价格昂贵，是一般镀锌的5~8倍。
电镀锌工艺易产生氢脆，所以10.9级以上螺栓一般不做镀锌处理。虽然镀后可以放烤箱除氢，但60℃以上温度会破坏钝化膜，所以电镀后钝化前必须先除氢，操作性差，加工成本高。现实中一般厂家不会主动除氢，除非有特殊客户要求。
电镀锌紧固件的扭矩-预紧力一致性较差且不稳定，一般不用于重要部位的连接。为了提高扭矩-预紧力一致性，也可以采用镀后涂抹润滑物质的方法来改善和增强扭矩-预紧力一致性。
磷酸盐
一、基本原理 磷化比镀锌便宜，但耐腐蚀性能比镀锌差。磷化后要涂油，其耐腐蚀性能与所涂油的性能密切相关。如磷化后涂普通防锈油，中性盐雾试验只有10～20小时，若涂高级防锈油，可达72～96小时。但其价格是普通磷化油的2～3倍。
紧固件磷化常见的有锌磷化和锰磷化两种，锌磷化的润滑性能比锰磷化好，锰磷化的耐腐蚀性和耐磨性比镀锌好，其工作温度可达225度至400度华氏度（107~204℃）。
特别是一些重要机件的连接，如发动机的连杆螺栓与螺母，气缸盖、主轴承、飞轮螺栓、车轮螺栓与螺母等。
磷化高强度螺栓还可以避免氢脆问题，所以在工业领域中，10.9级以上的螺栓一般都采用磷化表面处理。
氧化（发黑）
黑色+油是工业紧固件的流行涂层，因为它最便宜，而且看起来不错，直到油用完为止。由于黑色几乎没有防锈保护作用，所以没有油就会很快生锈。即使涂了油，中性盐雾测试也只能达到3~5小时。
镀镉
镀镉具有优良的耐腐蚀性能，特别是在海洋大气环境中，优于其他表面处理。电镀镉过程中的废液处理成本较高，其价格约为电镀锌的15至20倍。因此，在一般工业中不采用，只在一些特定的环境中使用。例如，在石油钻井平台和海航飞机的紧固件中使用。
镀铬
镀铬在大气中很稳定，不易变色、失去光泽，硬度高，耐磨性好。镀铬一般用在紧固件上，起装饰作用。在耐腐蚀要求高的工业领域很少使用，因为好的镀铬紧固件价格与不锈钢一样贵。镀铬紧固件只有在不锈钢强度不够的情况下才使用。
为了防止腐蚀，镀铬前应先镀铜和镀镍。镀铬可承受 1200 华氏度（650°C）的高温。但它也存在与镀锌相同的氢脆问题。
镀镍
主要用于既要求耐腐蚀，又要求导电性好的地方，如汽车蓄电池的引出端子等。
热镀锌
热镀锌是将锌加热成液态，然后扩散成镀层的过程。镀层厚度在15至100μm之间，控制难度较大，但耐腐蚀性能好，在工程中应用较多。热镀锌过程污染较大，有锌废料和锌蒸气。
由于涂层较厚，紧固件中的内螺纹和外螺纹很难拧在一起。
由于热镀锌工艺的温度（340-500C）原因，它不能用于10.9级以上的紧固件。
渗锌
渗锌是锌粉固态冶金热扩散涂层，均匀性好，在螺纹、盲孔中都能得到均匀的涂层，涂层厚度为10~110μm，误差可控制在10%以内，与基体的结合强度和防腐性能是镀锌层（电镀锌、热镀锌、达克罗）中最好的，加工过程无污染，最环保。
达克罗
不存在氢脆问题，扭矩-预紧力一致性很好，如果不考虑六价铬的环保问题，其实最适合用于防腐要求高的高强度紧固件。
常见紧固件表面处理工艺介绍---电镀锌
1、镀前处理的分类
电化学除油：也叫电解除油，将零件放在阴极或阳极上，通入直流电流，在电流作用下，油与溶液界面的表面张力大大降低，生成的氧对表面附着物有强烈的撕裂作用。
电化学脱脂根据工件性质分为阴极法、阳极法和阴阳两用法。阴极法脱脂效率比阳极法高，且基体腐蚀不大，但易渗氢，适用于铝、锌、锡、铅、铜等有色金属及合金件的脱脂。阳极脱脂效率比阴极低，对有色金属腐蚀较大，适用于高碳钢及弹性材料件。
化学除锈：化学除锈多采用酸性溶液，故又称酸洗，亦称腐蚀，有强腐蚀和弱腐蚀（活化）之分。
2.镀前处理工艺
3.镀锌工艺简介
氯化钾镀锌工艺特点：
氯化钾镀锌对零件及材料的镀层适应性广，电流效率高，非常适合紧固件的滚镀生产。另外氯化钾镀锌允许的电流密度较宽，镀液稳定、不含络合物，废水处理简单。因此，大多数厂家采用氯化钾镀锌工艺。
4.操作要点
1）零件负载和电流的控制：
产品的尺寸大小、长度差异很大，为了操作方便，满足工艺要求，特规定产品装料量：各种规格产品用4个上圆周30cm、下圆周25cm、高25cm的锥形桶装料，即为一个电镀槽（即3个桶）的装料量。以此量计算出各种零件的总表面积，再乘以工艺要求的电流密度，即可确定零件镀锌的电流范围。各种规格产品的电流控制详见附表，供参考。
参考附件：标准件镀锌电流对照表
2）镀层厚度及电镀时间的控制
涂层厚度（μm）
电镀时间（分钟）
60-80
5-7
80-100
7-9
90-120
9-12
120-140
12-15
140-150
15-18
150-170
3）添加光亮剂
为了获得光亮的镀层，每班应加入光亮剂和柔软剂。加入时用5-10倍水稀释。光亮剂加入过少，得不到光亮理想的镀层；加入过多，镀层会变脆、疏松，甚至因光亮过度而析出有机杂质，附着在镀层上，造成镀层起泡、脱落。光亮剂的加入量与通电时间、电流大小成正比，应在60-120ml/KAh的消耗范围内适量加入。每班4小时：加入200ml柔软剂和光亮剂。
5.镀液的维护
a)氯化钾镀液相对稳定，单班生产时每周检测一次槽液成分，双班生产时每三天检测一次，根据分析结果进行必要的补充，并做好镀液过程检验记录。
b)每班测量一次镀液pH值，若pH值升高，可用稀盐酸调节至5-6。检查锌板消耗情况，及时补充。
c) 每天下班前必须将槽底的金属物吸出，防止金属溶解到溶液中影响其性能和涂层质量。
d)定期进行重大处理，一般1-2个月一次，并保存镀液过程检查记录。
6.镀锌后工艺简介
零件在酸洗、阴极电解脱脂和电镀等工序中，可能会有氢渗入镀层和基体金属的晶格中，造成晶格畸变，内应力增大，而产生脆性，这种现象称为氢脆。
为了消除氢脆，一般采用镀后热处理，使氢逸出。温度越高，时间越长，脱氢越彻底。但当温度超过250℃时，锌晶体结构就会变形变脆，耐蚀性会明显下降。实用温度：200±10℃，不同标准产品的脱氢过程如下表所示：
零件名称
最短时间 h
10.9级产品
12.9级产品
硬度HV400-500弹性垫圈
硬度HV500-600弹性垫圈
12
自攻螺钉
自攻锁紧螺钉
*注：电镀应在四小时内进行，炉温应均匀。
a.锌的化学性质活泼，在空气中易被氧化变暗，产生“白锈”腐蚀。镀锌后经铬酸盐处理，可在锌层上形成一层化学转化膜，使活泼的金属锌处于钝化状态。这层厚度小于0.5UM的铬酸盐膜可使锌镀层的耐腐蚀性能提高6-8%。并赋予其美丽的装饰外观和抗污染能力。
b.钝化液深度有高、中、低三种，为满足不同客户的要求，钝化颜色分为蓝白、五彩、黑色、军绿、金黄色、三价蓝白、三价五彩等。
虽然钝化配方有很多种，但任何实用的配方都必须包括主盐、活化剂和一定的氢离子浓度。
（1）镀层质量要求细腻、光泽好。由于低浓度钝化液没有化学抛光能力，因此必须保持一致的镀锌层质量。
（2）最佳钝化温度为15℃～35℃。温度偏低，成膜慢，颜色浅，膜薄；温度偏高，膜厚疏松，附着力不强。自动线生产最好控制在25℃左右，以保证在一定时间内得到相同的颜色。
取决于主盐浓度、pH值、活化剂浓度及温度等，自动线应使上述因素保持在规范范围内，其它条件相同时，夏季钝化时间缩短，冬季延长。
（1）钝化时零件与钝化液应有相对运动，有利于溶液的对流扩散，防止零件间粘连，使膜层均匀。自动在线钝化必须用压缩空气剧烈搅拌。
（2）清洗必须彻底，热水温度不宜超过50℃，否则漆膜容易脱落。
（3）彩色钝化必须经过烘烤、老化处理，以提高膜层的附着力和耐腐蚀性能。但老化温度不得超过65℃，温度过高时，膜层脱水开裂，耐腐蚀性能会明显下降。采用红外线烘干时，除注意温度外，老化时间不得超过15分钟，否则耐腐蚀性能也会下降。
紧固件表面处理常见工艺介绍---磷化/氧化
磷酸盐
1、磷化的分类及应用
根据磷化膜形成体系可分为：锌体系、锌钙体系、锌锰体系、锰体系、铁体系、非晶态铁体系。
按磷化膜厚度（膜重）分级（GB/T6807-2001）：亚轻质（0.1-1.0g/m2）；轻质（1.1-1.4）；亚重质（4.6-7.5）；重质（>7.5）一般以涂装底层为参考，涂装越厚越不适用。
处理温度：常温即室温；低温：25-45℃；中温：60-76℃；高温：大于80℃。
磷化处理方法分为：刷涂法、全浸法、全喷淋法、喷浸结合法。
还有按加速器类型分类……
磷化膜功能分类：涂装底漆、防腐磷化、冷加工润滑、耐磨磷化。
2、标准件常用磷化液配方及工艺（参考）
简化磷化工艺流程：除油---酸洗---（发黑）---磷化---封闭---时效---烘干后上油
常用标准件配方
车轮螺栓及精膜磷化配方要求
磷酸二氢盐：30-50g/l
磷酸二氢盐：40-55g/l
碳酸锰：50-70g/l
碳酸锰：30-60g/l
硝酸锌：80-100g/l
硝酸锌：70-90g/l
总酸度（点）：50-70
硝酸钙：20-30g/l
游离酸度（点）：5-7
硝酸铜：0.1-0.5g/l
温度 60-70
总酸度（点）：50-70
时间：8-15分钟
游离酸度（点）：5-7
PH值：2-2.5（0.5-5PH精密试纸）
温度60-70℃
时间：8-15分钟
PH值：2-2.5（0.5-5PH精密试纸）
氧化
a.高温化学氧化（碱性化学氧化）
b.室温化学氧化（酸性化学氧化）
a.将氧化剂（亚硝酸钠）加入强碱（氢氧化钠）溶液中，135-145℃，60-90min→肥皂溶液，3-5min→水洗，烘干，浸油。
b.表面生成以Fe3O4为主要成分的极薄氧化膜，0.5~1.5μm。