01. 背景
大氣腐蝕是緊固件腐蝕破壞的主要型別之一，主要腐蝕產物為 Fe 的氫氧化物及其氧化物和少量鐵的其他化合物。常用表面處理工藝是采用保護塗層，透過阻隔、抑制腐蝕介質的擴散和電化學防護等方法，達到延緩腐蝕的目的。
傳統的表面處理為各種緊固件產品提供了防護性、裝飾性和功能性鍍層，在國民經濟各個行業中具有不可替代的作用。表面處理技術可使緊固件局部或整個表面具備如下功能：
提高耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞、耐氧化、防放射線效能；
提高表面的潤滑性；
實作表面的自修復；
改善表面的傳熱性；
改善表面的導電性或絕緣性；
改善表面的黏著性。
而傳統的表面處理在生產過程中不可避免地產生汙染環境的物質。在表面處理工業發展初期，如電鍍由於不重視電鍍廢水、廢氣和廢物的處理，造成了很大的環境問題。
20世紀60年代各國政府開始重視環境保護，大多數國家簽署了斯德哥爾摩公約、聯合國氣候公約和國際清潔生產宣言。歐盟相繼推出了ROHS、WEEE、EUP 指令和 REAC H法規，嚴格限制或禁止某些汙染物質在工業品中的使用。
長期以來，推進節能減排、促進綠色發展一直都是表面處理行業的重要工作。伴隨國家雙碳戰略的逐步落實，綠色發展理念的不斷深入，綠色表面處理應運而生，伴隨清潔生產法和電鍍廢水排放標準等相關檔，傳統的表面處理工業正在向節能環保方向發展。表面處理行業迎來了新的機遇和挑戰，必將走向綠色低碳高品質發展之路。
02. 傳統表面處理技術
2.1 電鍍
將金屬緊固件浸於含有被沈積金屬化合物的水溶液中，以電流透過鍍液，使電鍍金屬析出並沈積在緊固件上，這是電鍍的方法。 一般電鍍有電鍍鋅、電鍍銅等各種合金。 電鍍是在材料上鍍上一層金屬，以改變緊固件材料的尺寸、增加硬度、防止磨耗、提高導電性、潤滑性、耐熱性和表面美觀等目的。電鍍鋅是電鍍中套用最多的電鍍法，因為它便宜，美觀。但是，它的 表面性相對較差且效能不穩定 。
▲ 電鍍鋅緊固件
2.2 電泳
在電壓下，將塗料置於陰陽兩極，帶游離子移動到陰極，形成一層不溶的膜覆蓋在工件表面。這層不溶的膜在工件表面均勻，平整的覆蓋，它的光滑度、硬度、耐腐蝕效能、滲透效能非常好，在許多要求高的汽車緊固件表面處理工況下，多選擇電泳工藝。
▲ 電泳汽車緊固件
2.3 磷化
磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。磷化可以給緊固件提供一定程度上的表面保護，並且可以在螺紋連線中起到潤滑的作用。
▲ 磷化螺母
2.4 鈍化
由於金屬表面與氧分子形成一層膜層覆蓋在金屬表面，此膜層效能穩定非常薄，並且覆蓋效能良好。它可以把金屬與腐蝕介質完全隔開，防止金屬與腐蝕介質接觸，從而防腐蝕的作用。因此可以延長金屬緊固件的壽命，並且可以大大的減少經濟成本。
▲ 鈍化處理的零件
2.5 滲鋅
滲鋅處理屬於化學表面處理。將金屬緊固件置於適當的介質中加熱保溫熱擴散，使鋅元素滲入它的表層，以改變其化學成分和組織，從而獲得耐腐蝕效能的表面處理工藝。經過熱擴散滲鋅表面處理的緊固件，不僅能增強它的耐腐蝕性，還可以提高工件表面的硬度、耐磨性等，但是熱擴散滲鋅處理也會對環境產生一定影響。
▲ 滲鋅表面處理的緊固件
2.6 達克羅處理
「達克羅」工藝由中性清洗劑脫脂，拋丸機進行表面氧化層處理，多元合金共滲、冷卻、拋丸、鈍化、浸漬或噴塗達克羅溶液，經 300℃左右的溫度進行燒結固化氧化還原並冷卻，是代替對環境汙染嚴重的傳統電鍍鋅、熱浸鋅類的最佳技術。它可以處理鋼、鐵、鋁及其合金、結構緊固件，既提高了產品品質，又保護了自然生態環境。經過達克羅處理的金屬緊固件，表面品質佳，防腐效果好，能長時間不發生銹蝕，但是成本相對於其他防腐形式較高。
▲ 達克羅處理的金屬緊固件
2.7 靜電噴塗
靜電噴塗是指利用電暈放電原理，使霧化塗料在高壓直流電場作用下荷負電，並吸附於荷正電基底表面放電的塗裝方法。靜電噴塗塗裝品質較好，漆膜附著力強，且噴塗後的金屬緊固件表面品質較好，能夠長時間起到防腐的作用。但是靜電噴塗對於形狀復雜或者輪廓凹凸較深的異型緊固件，難以獲得均勻的塗層。
2.8 拋光
利用各種拋光介質( 比如拋光輪) 加入不同的拋光劑對緊固件表面進行加工，以提高工件的光澤感使表面更加光滑，但是拋光不能改變工件的尺寸和形狀。拋光時，高速旋轉的拋光輪(圓周速度在22m/s以上) 移動到緊固件表面，使磨料在工件表面進行摩擦，從而使緊固件表面更加的光亮、光滑，加工件表面粗糙度一般可達Ra0.63～0.01μm。
2.9 拋丸
用馬達帶動旋轉的葉輪體，依靠離心力的作用，將直徑約在0.2～3.0 的不同型別彈丸( 包括鑄鋼丸、鋼絲切丸、不銹鋼丸等) 拋向工件的表面，與拋光不同的是，拋丸使緊固件表面變得粗糙而不是光滑。增加工件表面的粗糙度，可以使後續的噴漆工藝中，漆膜的附著力加大，並且可以提高緊固件的使用壽命。
2.10 噴砂
噴砂是使用壓縮空氣作為原有動力，讓壓縮空氣形成高速噴射束，然後將噴料( 包括鐵砂、金剛砂、石英砂等等) 快速噴射到緊固件表面。此工藝改變了緊固件的外表和形狀，可以提高緊固件表面的清潔度並且得到不同的粗糙度，改善緊固件表面的機械性，提高了緊固件和塗層之間的附著力，噴砂工藝可以選擇不同的粗糙度，這一點是其它工藝達不到的。對於緊固件表面處理要求較高的的情況下，我們還是會選擇噴砂工藝，因為它的清理效果是最好的。
2.11 噴丸
用噴丸進行表面處理，打擊力大，容易使緊固件變形，但是清理效果明顯。噴丸的優點是靈活性大，對於復雜緊固件的內外表面和管件的內壁都很容易清理，不受場地的限制。它的裝置結構簡單，維修費用低。噴丸的確缺點是消耗能量大，清理表面易有潮氣，容易生銹，清理效率低。
03. 電鍍工藝技術的發展
電鍍鋅是電鍍工業領域最大的鍍種，鍍鋅後為了提高鍍層的抗腐蝕效能需要進行鈍化。
長期以來，人們都是采用六價鉻為主要成分的鈍化溶液進行鈍化,六價鉻鈍化膜中六價鉻的含量非常高達0.5mg／dm2。六價鉻屬於鉻元素的常見氧化態之一，具有很強的化學活性，很容易透過呼吸、接觸等途徑被人體吸收。同時，六價鉻具有較強的毒性，長期接觸會對人體健康造成極大影響，短期接觸也會帶來潛在的致癌風險。在自然界，六價鉻會以溶液的形式存在於自然水體之中，來源主要為金屬表面處理企業、皮革制造業等工業廢水的排放或電站冷凝水的排放。六價鉻廢水容易對環境內的生態圈中動植物、水體、土壤等造成嚴重汙染，且造成的汙染難以恢復。六價鉻汙染是一種十分嚴重的生態災難。
因此，在環保領域、金屬材料表面處理領域、汽車回收利用領域等方面，六價鉻的檢測及控制都是十分重要的。目前，歐盟 ROHS指令、ELV 指令中都規定六價鉻含量不能超過0.1%，目前，出口的電子電器產品及汽車產品都要按照限值執行；GB/T30512-2014【汽車禁用物質要求】中也規定六價鉻含量不能超過0.1%，汽車緊固件的選擇與使用均應按照這一標準執行。
二十一世紀以來，表面處理工業六價鉻替代工藝（電鍍鋅三價鉻鈍化替代六價鉻鈍化，三價鉻電鍍替代六價鉻電鍍）、合金電鍍替代六價鉻電鍍、鋁合金三價鉻轉化膜、無六價鉻電解拋光工藝等表面處理技術裝置得到快速發展，鉻酸回收工藝、鋅鎳合金代電鍍鋅、機械鍍鋅等環保型工藝材料得到廣泛套用。
綠色表面處理綜合考慮了環境影響和能源資源效率，透過科技創新和技術提升，解決傳統表面處理資源消耗大、汙染嚴重的問題。
第一代三價鉻鈍化工藝透過提高活性成分的濃度，提高溫度，結合使用各種抑制劑，再透過矽酸鹽和聚合物的後處理，達到了汽車制造的需要；第二代三價鉻鈍化工藝透過添加金屬鹽和弱有機酸增加了鈍化膜的厚度，較大地提高了鈍化膜的耐腐蝕效能；第三代三價鉻鈍化工藝采用三價鉻氧化物和高效能表面活性抑制劑。例如，二氧化矽、奈米粒子等有機結合，三價鉻的沈積量達到0.3～3mg／dm2,二氧化矽的沈積量達到0.5～1mg／dm2,厚度可以達到400nm以上,由鉻的氧化物和膠體共同作用形成的三價鉻鈍化膜的耐蝕效能較好。
目前，三價鉻鈍化工藝已經在國內得到了比較普遍的套用，處理過的產品有電器緊固件和汽車緊固件等，且符合歐盟的規定，並大批次出口到歐洲、北美和日本等國家。
三價鉻鈍化工藝透過調整著色劑等方法，已經擁有彩色鈍化、藍白鈍化、金黃色鈍化、軍綠色鈍化、黑色鈍化等多種鈍化顏色，並廣泛套用於各種防護性、裝飾性鍍層。
① 向低汙染或無汙染方向發展。減少或完全取代汙染環境的六價鉻、鉛、鎘、鎳等重金屬在電鍍行業中的使用。
② 向節能節材節水方向發展。采用新型的高壓開關電源可以大振幅提高轉換效率，降低電能消耗；采用新的水處理技術回收金屬、節約用水；從電鍍淤泥中回收金屬正在各個電鍍企業中推廣使用。
③ 節能環保綠色電鍍工藝技術發展需求迫切。中國已經出台了新的電鍍廢水廢氣廢物的處理排放標準，因此，對節能環保綠色電鍍工藝技術的需求更加迫切。
當前在國家綠色低碳發展戰略指引下，緊盯綠色清潔能源發展趨勢，不斷加大綠色能源產品研發力度，在表面處理研發和生產上將取得重大突破。
04. 確定螺栓表面處理要求
設計時如何確定表面處理工藝要求，是影響螺栓品質的關鍵因素之一。對於確定螺栓表面處理要求，主要基於兩個方面進行考慮。
① 表面處理的要求是否合適，將直接關系到螺栓後期能否適應實際工況。在潮濕或有腐蝕介質的環境中，螺栓是否經過表面處理是決定壽命的關鍵因素。如對於海洋平台、風電機組和核電機組上的螺栓，眾多國際、國家、行業標準都對表面處理要求做出明確的規定。
② 部份表面工藝會帶來有害的氫元素，引起氫脆斷裂。在熱處理、瓦斯滲碳、清洗、酸洗、磷化、電鍍過程，以及在使用環境中作為陰極保護或腐蝕反應的結果，都能引入氫元素。氫元素也會在制造過程中引入，如滾軋成型、機械加工，以及焊接或釬焊操作等。絕大部份氫脆引起的斷裂都和表面處理工藝有關，如酸洗、電鍍處理等過程使鋼材受氫元素侵入。
為解決螺栓氫脆問題，世界各國采取了很多方法，主要有四種。第一，對於電鍍後的螺栓進行嚴格驅氫處理。第二，螺栓電鍍采用低氫脆電鍍工藝。第三，螺栓表面防護不用電鍍，采用無氫脆的塗覆方法。第四，采用高強度耐候鋼、耐蝕鋼材制造螺栓，表面不電鍍。
螺絲君經驗與總結
綜合各類研究，對於影響高強度螺栓失效主要有五方面：
① 設計受力計算不合理；
② 材料選用不當；
③ 熱處理技術要求確定不合理；
④ 螺紋結構、尺寸精度設計不合理；
⑤ 螺栓表面處理要求不合理。
近年來，表面處理工藝層出不窮，緊固件的表面處理塗層根據化學成分不同，主要可分為有機、無機、金屬及復合塗層等型別。但傳統表面處理工藝還是有較大的市場，螺栓表面處理要求不合理是影響高強度螺栓早期失效的原因之一，為了使各位小夥伴有更加系統全面的認識，提出以上建議，並為改進工藝提供參考。
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