钢铁紧固件锌镍合金镀层性能研究
侯斌赵彩云
(南京电子技术研究所，江苏南京)
摘要：锌镍合金镀层基本无氢脆现象，且耐腐蚀性能优良，是钢制紧固件合适的防护层。通过电镀锌镍合金工艺试验，对锌镍合金镀层的外观及厚度、镍含量、结合强度、耐腐蚀性能、油漆配套性等进行了分析研究。结果表明，电镀锌镍合金是一种可靠、经济有效的适用于钢制紧固件的防护层。
关键词：钢制紧固件；锌镍合金镀层；性能
中图分类号：TQ153.2
文档识别码：B
文章编号:1008-5300(2009)05-0044-02
0简介
目前，钢制紧固件防腐表面处理应用最为广泛的是镀锌。一般室内紧固件以装饰性为主，电镀锌是首选的表面处理方式；室外紧固件以防腐为主，除电镀锌外，还选用热镀锌作为表面防护层（主要是M10以上的紧固件）。但对于特别恶劣的室外环境，如高湿度、高盐雾的海洋环境，镀锌紧固件的耐腐蚀性能往往难以满足使用要求。而电镀镉层在海洋环境中表现出了优异的耐腐蚀性能。人们开始将镀镉紧固件作为海洋环境中的防护层，并取得了良好的效果[1,2]。随着我国对环境保护的重视，镀镉工艺已被列入原国家经贸委颁布的《淘汰落后生产工艺及产品目录》。因此开展镀镉替代工艺的研究十分必要。
20世纪80年代初，我国开始了电镀锌合金领域的研究，相继开发了多种电镀锌镍合金工艺并加以应用。当锌镍合金镀层中镍含量为8%～15%（最佳值13%）时，其耐蚀性优良，约为同等厚度锌镀层的3倍～5倍；而镍含量低于15%的锌镍合金镀层即可实现钝化，钝化后耐蚀性大大增强；锌镍合金镀层基本无氢脆现象，焊接性、延展性良好[3]。因此，锌镍合金镀层是一种成熟合理的适用于紧固件的防护层。本文通过相关工艺试验，重点对锌镍合金镀层的性能进行了分析研究。
1 实验部分
1.1 示例
试件为内六角螺钉，螺纹规格d=M6，公称长度L=20 mm，性能等级8.8级，材料为45#钢。
1.2 工艺流程
除油→热水洗→冷水洗→弱蚀→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。
1.3电镀液组成及操作条件
本实验采用武汉材料保护研究所研制的碱性锌酸盐电镀锌镍合金工艺，电镀液组成及操作条件如表1所示。
2 结果与讨论
2.1 涂层外观及厚度
锌镍合金镀层经钝化处理后形成一层鲜艳的彩虹色钝化膜。
锌镍合金镀层越厚，防护寿命越长。考虑到紧固件的螺纹间隙，涂层厚度一般酌情选择为（5μm~10μm）[4]。本次试验采用便携式测厚仪对螺钉试样的涂层进行测试，厚度约为8μm。
2.2 镀层中的镍含量
采用X射线荧光光谱(XRF)对锌镍合金镀层进行分析,发现镀层中的镍含量约为8%。
2.3 涂层结合强度
将螺钉试件在200℃下保温1h,然后冷却至室温后,涂层与基体结合良好。
将镀有螺钉试样（材质：st12）的试样进行钢球摩擦抛光试验（GB 5270-85），镀层完好，未发现镀层与基体剥离的现象，表明锌镍合金镀层与基体结合强度良好。
2.4 涂层耐腐蚀性能
按照GB/T 10125进行中性盐雾试验（NSS），并与镀锌（彩钝）螺钉进行对比，试验结果如表2所示。
从表2可以看出，锌镍合金镀层的耐蚀性优于锌镀层。研究表明[5]，锌镍合金镀层腐蚀时，镍的存在使其腐蚀产物为ZnCl2·4Zn(OH)2，均匀致密地覆盖在表面，不易导电，因此对镀层起到保护作用；而且镍对阴极过程有抑制作用，也有利于提高耐蚀性。而锌镀层的腐蚀产物主要为疏松的、无保护的半导体ZnO。这些原因合理地解释了表2中的试验结果。
2.5 涂料与油漆的相容性
选取试样（材质：st12，锌镍合金镀层厚度约8μm），考察涂层与不同类型底漆的匹配性。按SJ/规定的方法检测底漆的附着强度，按GB/T1732规定的方法检测底漆的抗冲击性能。试验结果见表3。
从表3可以看出，锌镍合金涂层与环氧、聚氨酯底漆的匹配性较好。
3 结论
锌镍合金镀层是一种操作简便、成本低廉的钢制紧固件防护方法；若与有机涂层结合使用，将成为钢制紧固件可靠的长期防护方法。但与电镀锌（或热镀锌）相比，电镀锌镍合金溶液维护较为麻烦，一般每周需对镀液进行分析调整。今后，开发易于维护的电镀锌镍合金溶液将是一个发展方向。
参考：
[1]陈亚主编.现代实用电镀技术[M].北京:国防工业出版社,2003
[2] 李家柱, 马义军. 锌镀层与镉镀层耐大气腐蚀性能比较[J]. 材料工程, 1998(5): 28-30
[3]胡传新等编.表面处理技术手册[M].北京:北京工业大学出版社,1997
[4]表面处理手册编写组.表面处理手册[Z].南京电子技术研究所内部文件,2002
[5]沈品华,涂振密等.电镀锌及锌合金[M].北京:机械工业出版社,2002
作者简介：侯斌（1979-），男，江苏靖江人，硕士，工程师。目前主要从事电子设备保护技术相关工作。
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