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自攻螺钉表面处理对磷化膜的影响|鑫灏T型螺栓厂
对于大部分自攻螺钉、自攻自钻螺钉的最后一道工序为锰系高温磷化处理,旨在螺钉表面形成一层难溶于水的锰盐磷化膜,其主要由磷酸锰和酸式磷酸锰铁组成。该磷化膜可提高螺钉的抗腐蚀性能,并能减小金属表面的摩擦因数,提高自润滑和抗磨损性能。螺钉表面磷化膜的外观色泽应为均匀、完整的深灰或黑色,微观可观察到有明显的结晶颗粒,且均匀、大小适中。螺钉类零件在磷化处理过程中,经常会出现磷化膜结晶粗大、磷化膜色差、磷化花斑等质量问题。初步分析认为,此类问题的原因是螺钉表面质量存在较大差异所致。
 
1、材料及状态
 
大部分自攻螺钉、自攻自钻螺钉材料为1018、1022钢。工艺流程为:拉拔→冷镦成形→搓丝→渗碳淬火→回火→磷化→驱氢→上油→包装。
 
按常规锰系高温磷化工艺规程对螺钉进行磷化处理。磷化工艺流程:脱脂→超声波清洗→磷化→超声波漂洗→中和→烘干→驱氢→上油。
 
磷化设备为自动磷化生产线,将螺钉装入滚筒内,按照常规锰系高温磷化工艺进行磷化处理。
 
2、表面洁净度的影响
 
当试样存在脏污、油污、酸浸、锈蚀、盐结晶和手汗印痕时,磷化膜呈现出不同的微观特征。
 
当试样存在脏污和手汗印痕时,其磷化膜形貌特征具有一致的相似性。试样脏污和手汗印痕处的磷化膜均被一层厚厚的脏污所覆盖,且覆盖层有断裂的形貌特征,脏污处及手汗印痕处没有膜结晶颗粒,且磷化膜不连续,即存在部分脱落区,但脱落区可见磷化膜结晶,而无脏污处有正常的磷化膜结晶颗粒。油污处的磷化膜结晶区颗粒比较细小且密集。
 
如果磷化前试样受到酸洗腐蚀,经过磷化处理后,日检发现试样表面会有粗大的闪亮结晶颗粒,且手感发涩,浸油后仍可见粗大的结晶颗粒,经使用扫描电镜观察,磷化膜的结晶颗粒异常粗大,并有部分颗粒类似风化的石头,分层乃至碎裂。
 
螺钉表面锈蚀区域的磷化膜结晶形貌和油污处的形貌相似,均表现为细小磷化膜结晶颗粒。
 
由以上可知,螺钉磷化前表面如果存在脏污将会影响磷化膜的结晶过程,导致磷化膜的结晶尺寸、孔隙率大小不一致,最终影响其耐腐蚀性能和摩擦因数。
 
一般认为磷化膜的形成包括电离、水解、氧化、结晶等至少4步反应过程。脏污、油污、锈蚀区影响表面的正常氧化合结晶速度,难以形成磷化膜,只形成了很小的颗粒。如果磷化前受到酸浸腐蚀,磷化膜的结晶颗粒将异常粗大,这是一种严重不合格的磷化膜结晶形貌。通常应按照操作规范对试样进行烧伤酸洗检验,以避免过度腐蚀。
 
当试样表面有白色结晶盐存在时,经过磷化脱脂,超声波清洗干净后,不会影响磷化膜的结晶形成。因此,磷化处理前必须对螺钉进行擦试,并进行充分的脱脂及超声波清洗,以确保螺钉磷化膜的质量符合要求。
 
3、热处理状态的影响
 
按照GB/T6807-2001《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》要求,磷化处理后工件的颜色应为灰色或灰黑色,膜层应结晶致密、连续和均匀。螺钉经磷化后经常会出现一些磷化“花脸”现象,导致用户拒收,同时还会涉及原因的查找、分析及责任的判定。螺钉渗碳淬火热处理工序常见的质量缺陷有渗碳不均匀,表面硬度不足、粗大碳化物等,如果这些缺陷保留在成品表面,就会对磷化质量造成一定程度的影响。
 
如果螺钉渗碳存在不均匀现象,磷化后外观颜色将呈现深浅不一的形态,深色区和浅色区磷化膜形貌、结晶颗粒形貌均无明显差别。当螺钉表面金相组织中分布有粗大碳化物时,因局部区域磷化膜形核量少,没有完全覆盖,磷化膜结晶颗粒呈现为米粒状和长条状,而正常区域为均匀颗粒状。
 
热处理工序中由于连续式网带炉渗碳发生故障,往往会将产品重新热处理。在渗碳时出现团絮状托氏体、大块状碳化物不合格组织,经过磷化处理后,磷化膜表面虽然完整细密、均匀,没有出现粗大的磷化膜结晶,但观察后发现表面存在色差,使磷化膜结晶颗粒呈现为米粒状或长条状,最终导致其耐腐蚀性能不能满足技术要求。因此,当热处理设备或渗碳过程控制出现异常时,应加强该批次产品的管控,严禁不合格螺钉流入下道工序,避免热处理工序问题对磷化膜质量的不良影响。