汽车标准件ppt课件

汽车标准件 紧固件简介 紧固件约400种 3000个 40kg 成本约占整车1 5 2 螺纹联接是汽车零部件之间四种常用联接方式 螺纹联接 焊接 铆接和粘胶联接 之一 它具有精度高 装配方便 零件拆装方便等优点 是汽车制造技术的基础 也是标准化程度最高的机械零件 1 一辆汽车中紧固件数量比重统计 2 根据最近公布的数据 在汽车行业30 的维修问题是由紧固件松脱引起的 12 的新车存在紧固件松紧度不正确的问题 克莱斯勒吉普中国召回464辆进口吉普牧马人前后轴与底盘之间的紧固螺栓在安装时可能存在缺陷 上海通用凯迪拉克国内召回2806辆2009年款进口CTS车型悬架横拉杆螺母可能发生松动 本田雅阁美国召回10800辆10和11款本田雅阁及11款的PilotSUV雅阁用于紧固前轮轴主轴螺母 Pilot的减震器连接托架螺栓存在装配问题 日产美国召回4 038辆10款Frontier Xterra和Pathfinder安全气囊以及转速柱的紧固螺栓有松动的可能 2010 2011之间因紧固件问题的的汽车召回 丰田美国地区自动召回77 8万RAV4 雷克萨斯HS250h悬架横拉杆螺母未按照正确操作程序旋紧可能发生松动 克莱斯勒全球范围内召回37万辆皮卡和运动型多功能车车辆后轴齿轮螺母存在松动现象 可能导致后轴意外锁死 捷豹路虎国内召回2012款神行者2和揽胜极光 共有70辆后制动卡钳固定螺栓拧紧力矩问题 制动卡钳易从轮毂上脱落 导致制动失效或爆胎 2012 2013之间因紧固件问题的的汽车召回 紧固件问题带来的车辆召回 紧固件问题带来的召回成本 美国标准件研究机构统计数字 假想一个紧固件就如一个一圈圈缠紧的弹簧 想象一个用弹簧拉紧的门 当弹簧没有超过其屈服点时 它可以有效地将门闭紧 但当弹簧被过度拉伸而无法恢复到原来的长度时 弹簧将会失效而无法将门闭紧 但当弹簧被过度拉伸时 便会超过其屈服点 此时弹簧将会失效而无法将门拉紧 弹簧便失去了其原有的拉力 紧固件也是如此 一但被过度拉伸 便会失去原有的拉力 紧固件的工作原理 张力 张力 夹紧力 剪切力 剪切力 抗张力 抗张力 螺纹连接件中的力 紧固件的工作原理 剪切力 剪切力 张力 张力 此种现象必须避免 紧固件的工作原理 测量拧紧效果 我们能够测量的是扭矩T 我们想要得到的是夹紧力F T F F F F 紧固件的工作原理 螺栓和被连接件的变形 紧固件的工作原理 轴向工作载荷 紧固件的工作原理 预紧力的影响 二 紧固件的工作原理 预紧力和摩擦力的关系 50 紧固件的拧紧技术 在装配过程中90 的扭矩被摩擦力消耗 只有10 的扭矩转化为夹紧力 紧固件的拧紧技术 拧紧力矩和轴向预紧力的关系 Ff T Kd 其中 K 扭矩系数 螺栓的扭矩系数K宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴力之间的系数 与支承面粗糙度和润滑情况 螺纹副精度和润滑情况等有关 紧固件的拧紧技术 轴向预紧力下限值 由连接结构的功能决定 此值必须保证被联接件在工作过程中始终可靠贴合 轴向预紧力上限值 由螺栓 螺母 和被连接件的强度决定 此值必须保证螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏 如 螺栓拉长 拧断 脱扣 被联接件压陷 破裂等 轴向预紧力的要求 紧固件的拧紧技术 紧固件的装配方法 常见拧紧工艺简介 1 扭矩法 扭矩法是较常见的一种装配控制方法 即拧紧螺栓至设定的扭矩后 拧紧控制机构停止动作来完成装配 由于装配工具精度 螺栓制造精度的因素的影响 此种装配方法的精确度不高 在实际装配过程中 预紧力的离散值往往可以达到 20 30 至多 所以一般用在精度要求不高的非关键部位螺栓的装配 扭矩法拧紧曲线 紧固件的装配方法 扭矩法拧紧特点 优点是实现较为简便 而且扭矩容易复验 用于弹性区域装配 90 的加载扭矩用于克服摩擦力 缺点是精度不高 预紧力正确度 25 需要较高的设计余量来弥补扭矩控制带来的偏差 由于扭矩法拧紧得到的夹紧力 与目标夹紧力误差较大 所以扭矩法用于一般螺栓的装配 如 底盘 车身 车架等 紧固件的装配方法 2 扭矩 转角法 在扭矩转角法控制中 是把角度作为计算预紧力的变量 先将螺栓拧紧至一相对较小的起始扭矩 也叫贴合扭矩 是被连接构件有一个初始的贴合过程 再转过设定的角度后 拧紧机构停止动作来完成装配的过程 此时 螺栓的预紧力负荷可以设定在弹性变形范围区 也可设定在塑性变形范围区 使螺栓产品的性能得到充分的使用 在扭矩转角法拧紧中 螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的 从图中可见 摩擦阻力 图中以摩擦系数表示的 的不同仅影响测量转角的起点 并将其影响延续到最后 而在计算转角之后 摩擦阻力对其的影响已不复存在 故其对螺栓轴向预紧力影响不大 因此 其精度比单纯的扭矩法高 紧固件的装配方法 紧固件的装配方法 扭矩转角法拧紧特点 优点是通过转角度控制变形量来确定最终的预紧力 所以 螺栓的被连接件的表面状态对最终结果影响小 在产品尺寸 性能确定时 可以得到较高的预紧力且离散小 预紧力正确度 15 装配扭矩离屈服点很近 可以得到很大的预紧力 离螺栓的承受极限还有安全距离 不会造成螺栓断裂 缺点是装配工具复杂 价格高 由于扭矩法转角法拧紧得到的夹紧力 与目标夹紧力误差较小 所以扭矩法用于夹紧力要求较高的螺栓的装配 如 发动机的汽缸盖螺栓 主轴承盖螺栓等 紧固件的装配方法 3 屈服点法 屈服点法是目前应用的较先进的一种方法 由扭矩转角法发展而来 且有应用越来越多的趋势 拧紧系统先将螺栓拧紧至一起始力矩 贴合力矩 从这一点开始 系统不断计算拧紧过程中扭矩 转角曲线的斜率 当斜率突然有明显的下降 说明屈服点达到 控制系统停止动作完成装配过程 从上图可以清楚地看出采用屈服点法装配 摩擦系数大小对于螺栓轴向预紧力的影响几乎可以完全消除 屈服点法与扭矩转角法法比较 其主要优点是 能克服在初始力矩时已产生的扭矩误差 因此 可以进一步提高拧紧精度 紧固件的装配方法 屈服点法拧紧特点 优点是 预紧力的大小仅与紧固件的屈服强度相关 与摩擦系数的变化影响不大 预紧力的离散度小 预紧力正确度 10 以内螺栓紧固过程中不容易拧断 不影响装配缺点是 装配工具非常复杂 价格高昂由于屈服点拧紧得到的夹紧力 与目标夹紧力误差非常小 所以主要用于夹紧力要求较高的螺栓的装配 如 发动机的连杆螺栓 汽缸盖螺栓 主轴承盖螺栓等 螺栓的典型失效 1 疲劳断裂 2 氢脆断裂 3 扭转剪切断裂 4 装配扭矩过大 5 螺栓松动 螺栓的典型失效 螺栓的典型失效 2 氢脆断裂 螺栓的典型失效 螺栓的典型失效 4 螺栓的典型失效 5 螺栓松动 螺栓装配后松动的原因 螺纹连接的实质是通过轴向力使被连接件保持在一起 螺栓的松动的实质是螺栓拧紧后 轴向力的衰减 螺栓名称 后牵引钩螺栓断裂位置 螺纹处断裂原因 松动导致弯曲应力过大继而疲劳断裂 宏观特征 螺纹处疲劳断裂 螺栓的典型失效 32 设计计算步骤及方法 一 1 螺栓使用条件确认1 1安装位置1 2使用要求 3 可靠性3 1螺纹强度3 2螺栓强度3 3极限表面压力 2 设置轴力2 1外力2 2必要轴力的计算 轴向外力的必要轴力的计算 轴垂直方向外力的必要轴力的计算 轴旋转方向外力的必要轴力的计算2 3将最小必要轴力转换为紧固力矩 4 试验4 1紧固件认可实验 台架实验4 2道路试验验证 设计步骤 33 pD 螺纹升角受力 螺纹受力 螺栓受力分析 F T 设计计算步骤及方法 二 34 设计计算步骤及方法 三 35 拉伸载荷基本不会松动 剪切载荷非常危险 扭转载荷危险 螺栓的受力形式 多个螺栓连接情况 应使用相同规格螺栓 螺母 同时保证螺栓 螺母受力相同 如车轮螺母 发动机半轴连接 设计计算步骤及方法 四 36 螺纹孔保证2 3倍螺距的余量 钢 0 8d 1d铸铁 1d 1 3d铝合金 2d 2 7d 保证螺栓与其它零件距离 保证螺栓拧出长度0 5d 尺寸设计注意事项 37 摩擦系数是紧固件的重要参数之一 是标准件本身的固有参数 摩擦系数对标准件的装配质量有直接的影响 摩擦系数 一 38 主要汽车厂家 摩擦系数区间 摩擦系数 二 39 一 螺栓的连接级别 螺栓连接级别 拧紧方法和安装控制之间存在着一定的关系 螺栓连接级别的确定影响到装配成本的高低 螺栓的连接级别 一 40 螺栓的连接级别 二 41 螺栓的装配级别对应的装配力矩 螺栓的连接级别 三 测试项目 2 产品性能2 1螺栓 实物性能 42 测试项目 2 产品性能2 1螺栓 材料性能 43 测试项目 2 产品性能2 2螺母 44 测试项目 2 产品性能2 3垫圈 45 测试项目 2 产品性能2 5自攻螺钉 46 测试项目 2 产品性能2 6自钻自攻螺钉 47 测试项目 2 产品性能2 7紧定螺钉 48 测试项目 2 产品性能2 8自挤螺钉 薄板螺钉 自攻锁紧螺钉 49 测试项目 2 产品性能2 9木螺钉 50 测试项目 2 产品性能2 10铆钉 抽芯铆钉 51 测试项目 2 产品性能2 11销 52 试验方法 1 楔负载试验螺栓和螺钉成品楔负载试验用楔垫头部支承面直径超过1 7d 而未通过楔负载试验的螺栓和螺钉成品 可将头部加工到1 7d 并按表16规定的楔垫角度再次进行试验 此外 对头部支承面直径超过1 9d的螺栓和螺钉成品 可将楔垫角度10 减小为6 53 试验方法 2 实物拉力试验螺纹有效旋合长度 1d 未旋合螺纹的长度 lth 1d 与保证载荷共同试验时 lth 1 2d 54 试验方法 3 机械加工试件拉力试验 抗拉强度 Rm 下屈服强度 ReL 或0 2 非比例延伸应力 RP0 2 机械加工试件的断后伸长率 A 和 机械加工试件的断面收缩率 Z 公称直径d 16mm 且淬火并回火紧固件的机械加工试件 其直径的减小量不应超过原有直径d的25 初始横截面积的44 对由螺柱制取的试件 其两端的螺纹长度最小为1d 55 试验方法 4 保证载荷试验螺纹有效旋合长度 1d 未旋合螺纹的长度 lth 1d 56 试验方法 4 保证载荷试验为达到lth 1d的要求 建议先把螺纹夹具拧到螺纹收尾 然后 按相当于1d的扣数拧退夹具 卸载后 紧固件的总长度l1应与加载前的l0相同 其公差 12 5 m为允许的测量误差 某些不确定因素 如直线度 螺纹对中性和测量误差 当初次施加保证载荷时 可能导致紧固件明显的伸长 在这种情况下 可使用比规定值增大3 的载荷 再次进行试验 如果第二次 载后的长度 l2 与其加载前的长度 l1 相同 其公差 12 5 m为允许的测量误差 则应认为符合试验要求 57 试验方法 5 硬度试验在距螺纹末端1d处取一横截面 并应经适当处理 在1 2半径与轴心线间的区域内测定硬度 见下图 注 1紧固件轴心线21 2半径区域图1 2半径区域内测定硬度 58 试验方法 6 破坏扭矩试验夹具和螺栓或螺钉头之间应至少留出一个螺纹直径的长度 图1 2半径区域内测定硬度 59 试验方法 7盲铆钉试验常规剪切试验夹具仲裁剪切试验夹具 60 试验方法 7盲铆钉试验常规拉力试验夹具仲裁拉力试验夹具铆钉拉伸适用夹具 61 试验方法 8氢脆试验螺栓 螺钉和螺柱用试验夹具自攻螺钉类 自挤螺钉 自钻自攻 没有平支承面的螺栓 螺钉用试验夹具锥形弹性垫圈 62 试验方法 9锁紧螺母有效力矩试验ISO2320 2008 63 试验方法 9锁紧螺母有效力矩试验ISO TC2 SC12 2013 64 试验方法 10扭矩 夹紧力试验转角 螺栓轴力曲线扭矩 螺栓轴力曲线伸长 螺栓轴力曲线扭矩 螺栓轴力曲线 65 66 1 基本概念 金属与周围介质接触时 由于发生化学作用或电化学作用而引起的金属破坏叫做金属腐蚀 电镀是一种用电解方法沉积具有所需形态的镀层的过程 其目的一般是改变表面的特性 以提供改善外观 耐介质腐蚀 抗磨损以及其它特殊性能 或这些性能的综合 但有时电镀也仅用来改变零件的尺寸 1 1电镀 1 2金属腐蚀 67 金属防护的目的 在于控制构成金属制品的金属材料因腐蚀而引起的消耗 防止金属制品的破坏 从而延长其使用寿命 2 1表面防护层在金属表面上施用防护层是防止金属腐蚀最普遍而重要的方法 其作用在于将金属表面与外界介质隔离 以阻碍金属表面层上微电池起作用 从而达到保护目的 表面防护层分类 金属防护层 电镀 热浸镀 热渗镀 物理蒸发镀 热喷镀 化学镀 包镀等 非金属防护层 油漆 塑料 橡胶 沥青 混凝土 搪瓷 玻璃等 转化膜防护层 化学氧化处理 阳极氧化处理 磷酸盐处理 钝化处理等 暂时保护 油封 可剥性塑料等 2 2电化学保护用直流电将被保护的金属进行极化 从而使腐蚀减缓或停止 2 3腐蚀介质的处理 缓蚀剂的应用改变腐蚀介质的性质 降低或消除介质对金属的腐蚀作用 2 金属防护分类 68 3 电镀层的分类及要求 3 1电镀层的分类电镀是获得金属防护层的主要方法之一 根据对电镀层不同的要求 电镀层可分为 防护性镀层 防护 装饰性镀层 耐磨和减磨镀层 电性能镀层 磁性能镀层 可焊性镀层 耐热镀层 修复用镀层 其它特殊功能要求的镀层 3 2对电镀层的基本要求 与基体金属结合牢固 附着力好 镀层完整 结晶细致紧密 孔隙率小 具有良好的物理 化学及机械性能 具有符合标准规定的镀层厚度 而且镀层分布要均匀 69 4 电镀单金属 4 1镀锌锌镀层的外观呈青白色 易溶于酸 也溶于碱 是典型的两性金属 锌的标准电极电位为 0 76V 比碳钢 铁和低合金钢较负 因此形成铁 锌原电池时 镀锌层是阳极 它会自身溶解而保护钢铁基体 即使表面镀锌层不完整也能起到这个作用 所以镀锌层被称为 阳极性镀层 或 牺牲性镀层 镀锌层对铁基体既有机械保护作用 又有电化学保护作用 所以它的抗蚀性能相当优良 锌镀层对钢铁零件的表面锈蚀起保护作用 为进一步提高其防护寿命 可增加电镀锌层厚度或对电镀层表面进行钝化 锌镀层经钝化后 耐蚀性大大提高 故镀锌钝化处理是必不可少的步骤 锌镀层钝化处理时 因钝化液不同得到不同色彩的钝化膜或白色钝化膜 常用的钝化工艺是彩色钝化工艺 对有装饰性或高耐蚀性要求的零件 可采用兰色 绿色 橄榄色或黑色钝化工艺 电镀锌零件在电镀后进行水洗 然后进入钝化液中短时间浸泡 再进行烘干 即形成锌表面钝化膜 彩色钝化膜主要为含六价铬的化学物质 70 4 电镀单金属 六价铬是一种高毒性物质 严重危害人体健康并对环境产生污染 随着人们环保意识的增强及国家对废物排放的限制 镀锌六价铬钝化工艺逐渐被淘汰 镀锌后采用无毒的三价铬钝化工艺逐渐得到广泛应用 镀锌后三价铬钝化也可得到不同色彩的钝化膜或白色钝化膜 汽车零件的电镀锌过程主要在自动线上完成 有滚镀锌自动线和挂镀锌自动线 一般小型零件在滚镀锌自动线上完成 大型零件在挂镀锌自动线上完成 汽车零件进行电镀锌加工的主要是标准件 有防护性要求的小型冲压件和覆盖件 71 4 电镀单金属 72 4 电镀单金属 73 4 电镀单金属 74 4 电镀单金属 75 4 电镀单金属 76 4 电镀单金属 77 4 电镀单金属 78 4 电镀单金属 79 4 电镀单金属 4 2镀铜铜镀层呈粉红色 质地柔软 具有良好的延展性 导电性和导热性 易于抛光 经适当的化学处理可得古铜色 铜绿色 黑色和本色等装饰色彩 铜的标准电极电位比较正 在铁基或锌基体上铜镀层属阴极镀层 因此 只有当镀层致密无孔时才对基体有机械保护作用 有些金属易于在铜上沉积 而且结合力好 因此 铜镀层可作为预镀层或多层电镀的底层 如 铜 镍 铬镀层 以厚铜薄镍层作为防护性镀层 其中铜镀层在提高基体与镀层间的结合力 改善镀层韧性以及耐蚀性等方面均有显著作用 而且可节约大量昂贵的金属镍 碳和氮在铜中扩散很困难 因此对于局部需渗碳或渗氮处理的零件 常用铜镀层做为防渗碳 防渗氮的镀层 80 4 电镀单金属 81 4 电镀单金属 4 3镀镍镍是银白色微黄的金属 在空气中 与氧作用 表面迅速生成一层极薄的钝化膜 镍镀层结晶细小 容易抛光 镍的标准电极电位为 0 25V 比铁正 表面钝化后 电极电位更正 因而铁基体上的镍镀层是阴极镀层 镍镀层的孔隙率高 只有当镀层厚度超过25 m时才基本上无孔 因此薄的镍镀层不能单独作为防护性镀层 而常常是通过组合镀层来达到防护及装饰的双重目的 镍镀层还广泛的应用在功能性方面 如修复被磨损 被腐蚀的零件 采用刷镀技术进行局部电镀 采用电铸工艺 用来制造印刷行业的电铸版 唱片模以及其他模具 82 4 电镀单金属 4 4镀铬铬是一种微带天蓝色的银白色金属 电极电位虽然很负 但它有很强的钝化性能 在大气中很快钝化 所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层 铬镀层在大气中很稳定 能长期保持其光泽 铬镀层硬度高 耐磨性好 反光能力强 有较好的耐热性 由于铬镀层的优良性能 广泛用作防护 装饰性镀层体系的外表层和功能镀层 83 4 电镀单金属 铬镀层的种类 防护 装饰性镀铬防护 装饰性镀铬具有防腐蚀和外观装饰的双重作用 为达此目的 在锌基或钢铁基体上必须先镀足够厚度的中间层 铜 镍或镍 然后在光亮的中间镀层上镀以0 25 0 5微米的薄铬层 中间层起到防腐作用 铬层起到装饰作用 电镀过程中 在多层镍上镀取微孔或微裂纹铬可进一步提高防护性能 主要应用在防护装饰零件上 如 汽车把手 大灯框 连接臂 轮胎螺栓 轮毂等等 硬铬 工程用铬 在一定条件下沉积的铬镀层具有很高的硬度和耐磨损性能 铬是常用镀层中硬度最高的镀层 可提高零件的耐磨性 延长使用寿命 主要应用在工 模 量 卡具 以及轴承 活塞杆等 此外 还有乳白镀铬 松孔镀铬 黑铬等种类 84 4 电镀单金属 4 5镀锡锡的外观为银白色 锡镀层具有化学稳定性高 导电性好 易钎焊等特点 常用在电气元件和散热器零件上 锡电镀层还有密合和减磨作用 常用在活塞环和轴瓦表面 4 6镀铅铅对冷的氢氟酸 硫酸 硫酸盐 硫化物有极高的稳定性 适用于接触硫酸的零件上 常用在蓄电池配件和紧固件上 因毒害较大 已趋于淘汰 4 7镀银银是一种白色光亮金属 银镀层具有优良的导热性 导电性 易于抛光 有优良的反光性能 焊接性能和结合强度良好 主要用于汽车电联结零件 85 5 电镀合金 5 1电镀锌铁合金锌与铁的电位差大 作为阳极性镀层其腐蚀动力大 造成锌层的过量腐蚀 含少量铁的锌铁合金镀层与铁的电位差减少 可以抑制过速腐蚀 从而显示优良的耐蚀性 锌铁合金镀层大都代替锌镀层作黑色金属的耐腐蚀镀层 含铁小于1 的锌铁合金镀层耐蚀性好 便于钝化 尤其是锌铁合金镀层进行黑色钝化处理时 无需使用银盐 降低了生产成本 5 2电镀锌镍合金锌镍合金镀层是近几年得到广泛应用的抗腐蚀镀层 有优良的物理性能 耐腐蚀性能高 含镍10 以下的锌镍合金镀层比同厚度的锌镀层耐蚀性高3 5倍 含镍10 16 的合金镀层比锌镀层高6 10倍 锌镍合金对钢铁仍然是阳极性镀层 与锌镀层相比 与铁的电位差缩小 所以腐蚀速度低 机械性能好 电镀后不改变钢材的屈服强度 抗张强度和延伸率 钎焊性好 在各种条件下都容易焊接 锌镍合金一般应用在耐腐蚀性要求高的零件上 尤其以彩色和黑色钝化件应用最为广泛 86 5 电镀合金 87 5 电镀合金 88 5 电镀合金 89 5 电镀合金 5 3电镀锌钴合金含钴小于1 的锌钴合金镀层是一种耐腐蚀镀层 容易钝化 耐腐蚀性比同厚度的锌镀层提高2 3倍 电镀锌钴合金成本高于电镀锌镍合金 因此 在汽车上应用很少 5 4电镀铅锡合金铅基合金中最重要的是铅锡合金 该合金具有浅灰色的金属光泽 比较柔软 孔隙率比单层锡或铅都低 铅和锡可在简单的强酸性镀液中共析 只要控制铅锡离子浓度比和电流密度即可获得任一合金成分的合金镀层 铅锡合金镀层柔软 可焊性好 常用作轴瓦 轴套的减磨和改善金属表面的焊接性能上 5 5电镀铜锡合金铜锡合金俗称青铜 是应用最广泛的合金镀层之一 铜锡合金镀层硬度较低 有良好的抛光性能 一般用作防护 装饰镀层的中间层 代替镍镀层 节省镍的使用量 5 6电镀铜锌合金由电镀获得的铜锌合金 俗称黄铜镀层 具有金黄色外观 广泛用作装饰镀层 在亮镍镀层的表面镀黄铜镀层 可得到仿金镀层 铜锌合金镀层表面还可进行化学着色 达到特殊的装饰效果 90 6 非金属材料上的电镀 用非金属件代替金属件可节约金属 简化加工工艺 降低生产成本 但由于非金属本身固有的性质 限制了它的使用范围 非金属材料电镀 就是用电沉积的方法将非金属表面金属化 使其具有金属光泽 能导电导磁 焊接 并能提高其机械性能和热稳定性 非金属材料电镀中 塑料电镀占的比重较大 其中又以ABS塑料电镀制品应用最广 工艺也比较成熟 其它塑料以及非金属材料电镀工艺与ABS塑料大体相似 主要差别在于电镀前处理 91 6 非金属材料上的电镀 92 7 锌铝涂覆 7 1锌铝铬涂覆锌铝铬涂覆俗称达克罗 涂覆零件经清洗 抛丸处理后 将锌铝铬涂料通过浸 刷 喷等手段进行表面涂覆 再经过320 C烘烤30分钟 一般进行两到三次涂覆和烘烤既可 锌铝铬涂料由锌片 铝片 含六价铬的稀释剂组成 锌铝片的厚度为0 2 0 3微米 直径5微米 零件表面涂层厚度为6 8微米 涂层由十几层到几十层锌片组成 且每片锌片均与含六价铬的稀释剂形成表面钝化 因此 零件的耐腐蚀性能大大提高 锌铝铬涂层工艺特点 耐腐蚀性能高 是电镀锌的7 10倍 零件无氢脆 耐热稳定性好 生产过程中无废物排放 93 7 锌铝涂覆 7 2锌铝涂覆锌铝铬涂料因为含六价铬的稀释剂 所以其应用受到限制 目前 国内已开始采用无铬锌铝涂覆工艺 涂层工艺特点不变 而且增加了其它功能 颜色 耐磨性 稳定摩擦系数等 94 7 锌铝涂覆 95 7 锌铝涂覆 96 7 锌铝涂覆 97 8 金属转化膜工艺 8 1钢铁的氧化处理钢铁的氧化处理俗称发蓝 发黑 因为氧化处理后的零件表面生成的氧化膜呈黑色而得名 现代工业上钢铁发蓝采用高温型和常温型两种工艺 无论高温氧化还是常温氧化 膜层厚度只有0 6 1 5 m 故不影响零件的精度 钢铁经发蓝处理后虽可提高耐蚀性 但效果均不及金属镀层 也不如磷化膜层 氧化后的零件经皂化处理或铬酸盐钝化填充或涂油脂 可明显提高其耐蚀性和润滑性 钢铁氧化成本低 工效高 保持精度 又无氢脆危险 常用作机械 精密仪器 兵器和日用品的一般防护 装饰 一些对氢脆很敏感的弹簧钢 细钢丝和薄钢片也常用发蓝膜作防护层 8 2钢铁的磷化处理钢铁零件在含有锌 锰 钙 铁或碱金属磷酸一代盐溶液中进行化学处理 在其表面上形成一层不溶于水的磷酸盐膜的过程叫做磷化处理法 其膜叫磷化膜 根据基体材料 零件表面状态 磷化液组成及工艺条件 可得到不同组成 不同结构 不同厚度 不同颜色 不同用途的磷化膜 磷化膜的化学稳定性差 易吸附污物和受腐蚀介质的浸蚀 所以不经后处理的磷化膜耐蚀性差 磷化后其基体金属的硬度 磁性等均保持不变 但对于高强度钢磷化后必须进行除氢处理 98 8 金属转化膜工艺 磷化膜的用途 作防护 装饰涂装底层油漆 电泳 静电喷涂 喷粉的底层 增强铁基体与涂膜的结合力和提高其耐蚀性 作防腐蚀涂油底层作防腐磷化层采用锌系和锰系 磷化后涂防锈油 防锈脂 防锈蜡等 作冷加工润滑用磷化膜采用锌系磷化膜有助于冷加工成型 用于钢丝 焊接钢管的拉拔 冷挤压成型等 减磨润滑用磷化膜磷化膜可使两个滑动表面润滑 降低摩擦系数 常用锰系膜 如齿轮 99 9 性能测试 9 1电镀层性能测试电镀层性能测试的方法很多 在评定电镀层质量时 必须根据其用途和使用要求 按照国际或国家标准来选择电镀层性能的测试方法 9 1 1电镀层外观检验金属零件电镀层的外观检验是最基本 最常用的检验方法 外观不合格的镀件就无需进行其它项目的测试 检验时用目力观察 按照外观可将镀件分为合格的 有缺陷的和废品三类 所有镀层的外观不允许有针孔 麻点 起瘤 起皮 起泡 脱落 阴阳面 斑点 烧焦 暗影 树枝状和海绵状沉积层以及应当镀覆而没有镀覆的部位等缺陷 光亮镀层要有足够的光亮度 色泽须符合要求 100 9 性能测试 9 1 2结合力试验镀层结合力是指镀层与基体金属 或中间镀层 的结合强度 即单位表面积的镀层从基体金属 或中间镀层 上剥离所需要的力 镀层结合力不好 多数原因是镀前处理不良所致 此外 镀液成分和工艺规范不当或基体与镀层金属的热膨胀系数悬殊 均对镀层结合力有明显影响 评定镀层与金属基体结合力的方法很多 但大多数为定性方法 具体方法可根据镀种和镀件选定 弯曲试验 锉刀试验 划痕试验 热震试验 101 9 性能测试 9 1 3电镀层厚度的测量电镀层的厚度是衡量镀层质量的重要指标 它在很大程度上影响着产品的可靠性和使用寿命 镀层厚度测量是镀层物理性能测试中的一个重要项目 镀层厚度检验方法有破坏检测法和非破坏检测法两大类 属于破坏检测法的有点滴法 液流法 溶解法 电量法 库仑法 和金相显微法等多种 属于非破坏检测法的有磁性法 涡流法 射线反向散射法 光切显微镜法和X射线荧光法等等 采用以上方法测量的镀层厚度 除溶解法等是镀层的平均厚度外 其余多数是镀层的局部厚度 因此 测量时至少应在有代表性部位测量三个以上厚度 计算其平均值作为测量厚度的结果 9 1 4孔隙率的测定镀层的孔隙是指镀层表面直至基体金属的细小孔道 镀层孔隙率反映了镀层表面的致密程度 孔隙率大小直接影响防护镀层的防护能力 主要是阴极性镀层 作为特殊性能要求的镀层 如防渗碳 氮化等 孔隙率测量也极为重要 它是衡量镀层质量的重要指标 测量镀层孔隙的方法有贴滤纸法 涂膏法 浸渍法等 102 9 性能测试 9 1 5镀层显微硬度的测定硬度是镀层的重要机械性能之一 它涉及镀件在使用过程中的耐磨 强度和使用寿命等方面 各种金属的硬度值虽能从金属材料手册查得 但从电解方法获得的金属镀层的硬度 往往比其它方法获得的金属的硬度要高 镀层的硬度决定于镀层金属的结晶组织 而镀层的结晶组织又取决于电镀过程的工艺条件 如镀液温度 电流密度 pH值 镀液成分以及添加剂种类等等 所以 镀层硬度检验 除了一些功能性镀层 如耐磨镀层 装饰性镀层 如镀金 以及铝合金的氧化膜层等必须检验镀层硬度外 有时为了了解工艺因素对镀层硬度的影响 分析镀层硬度和内应力的相互关系 通常也需要测定镀层的硬度 为了消除基体材料对镀层硬度的影响和镀层厚度对压痕尺寸的限制 一般用显微硬度法 9 1 6镀层内应力的测试镀层内应力是指在没有外在外在载荷的情况下 镀层内部所具有的一种平衡应力 这种应力是在电镀过程中受到一些沉积因素的影响 引起金属晶格缺陷所致 特别是某些金属离子和有机添加剂的作用 会显著增加镀层的内应力 镀层内应力有宏观应力和微观应力两类 宏观应力使镀层弯曲 微观应力则主要通过提高镀层硬度表现出来 宏观应力能引起镀层在储存 使用过程中产生气泡 开裂 剥落等现象 在外力作用时 还将引起应力腐蚀和降低抗疲劳强度等 用来测量镀层宏观应力的方法有 幻灯投影法 电阻应变仪法 螺旋收缩仪法 X射线衍射法等 103 9 性能测试 9 1 7电镀层脆性的测试镀层脆性是镀层物理性能中的一项重要指标 脆性的存在往往会导致镀层开裂 结合力下降 乃至直接影响镀件的使用价值 合金镀层中某些金属的组分不当 镀液中重金属离子的共沉积 以及光亮电镀采用有机添加剂及其分界产物在镀层中的夹杂等 都能引起镀层脆性的增大 镀层脆性的测试 一般通过试样在外力作用下使之变形 直至镀层产生裂纹 然后以镀层产生裂纹时的变形程度或挠度值大小 作为评定镀层脆性的依据 由于镀层的延伸率能从另一方面反映镀层的脆性程度 所以也可采用试样受力时不出现镀层裂纹的变形程度 即延伸率来评估镀层的韧性 测定镀层脆性的方法有杯突法 静压挠曲法等 测定镀层韧性的方法有心轴弯曲法等 9 1 8氢脆性的测试金属材料在氢和应力联合作用下产生的早期脆断现象叫氢脆 酸洗和电镀等表面处理过程常常是造成金属基体渗氢的主要原因 某些高强度结构钢特别是超高强度钢 对氢脆特别敏感 测定氢脆的方法有延迟破坏试验 持久试验 缓慢弯曲试验 应力环试验等 104 9 性能测试 9 2化学保护层的质量检验金属经化学 电化学氧化处理或磷酸盐处理所获得的保护层 通常称为化学保护层 化学保护层包括黑色金属的氧化膜和磷化膜 镁合金的氧化膜 铝和铝合金的氧化膜等等 化学保护层根据不同使用目的 需要进行外观 厚度 机械强度 耐蚀性 绝缘性等项目的检验 9 2 1外观检验外观检验是在光线充足的条件下 用目力观察 钢铁氧化 发蓝 后 应呈黑色或微带蓝色的黑色 但合金钢依化学成分不同 允许从浅棕色到黑褐色 钢铁磷化膜的外观由浅灰色到灰黑色 结晶细密 均匀 不允许有未磷化的部位和花斑 锈迹 不允许有损坏磷化膜完整性的擦伤 碰伤 不允许有未洗净的沉淀物等缺陷 105 9 性能测试 9 2 2厚度测量黑色金属的氧化膜和磷化膜 镁合金的氧化膜 通常不需测量厚度 在一般情况下 只有铝合金硬质阳极氧化膜才测定其厚度 其它铝的阳极氧化膜在必要时才进行厚度测量 铝和铝合金的氧化膜可用涡流测厚仪和金相显微镜法测厚 还可用电压击穿法和质量法测厚 9 2 3耐蚀性试验金属表面上化学保护层的耐蚀性试验 除铝和铝合金阳极氧化 封闭处理后 可采用盐雾试验 潮湿试验之外 其它化学保护层通常采用点滴试验或浸渍试验 点滴试验是在洁净的试样表面上滴一滴腐蚀溶液 从滴上溶液到出现腐蚀变化所需时间作为耐蚀性能的考核标准 浸渍试验是将洁净的试样浸入腐蚀溶液进行腐蚀 通过腐蚀变化所需时间或试验前后试样失重作为耐蚀性能的考核标准 106 10 耐腐蚀性能试验 10 1静置户外曝晒腐蚀试验把各种金属覆盖层 转化膜和其它无机覆盖层静置在户外曝晒场内的试样架上 进行自然大气条件下的腐蚀试验 定期观察及测定其腐蚀过程特征和腐蚀速度 并进行记录 这种方法称为静置户外曝晒腐蚀试验 又叫大气曝晒试验 其试验目的在于 获得保护覆盖层在自然大气环境中的耐腐蚀性能数据 评价不同保护覆盖层在特殊大气类型条件的耐腐蚀性能 比较在给定的试验室试验条件下和户外曝晒条件下的试验结果 研究特殊保护覆盖层的腐蚀机理 获得不同地区大气的腐蚀严酷性的资料 说明零件的设计对抗腐蚀性能的影响 大气曝晒试验是正确判断保护覆盖层的耐蚀性能的一个重要方法 其试验结果通常作为制定金属覆盖层厚度标准的依据 107 10 耐腐蚀性能试验 10 2人工加速腐蚀试验金属镀层的人工加速腐蚀试验 主要是为了快速鉴定金属镀层的质量 如孔隙率 厚度是否达到要求 镀层是否有缺陷 镀前预处理和镀后处理的质量等 同时也用来比较不同镀层抗大气腐蚀的性能 但不能反映大气条件下的使用寿命 人工加速试验的腐蚀条件 应能保证镀层的腐蚀特征和大气条件下的腐蚀过程相仿 它有别于化学工业气体和化学溶液的直接腐蚀 人工加速腐蚀试验的种类很多 常用的有以下几种 中性盐雾试验 NSS试验 醋酸盐雾试验 ASS试验 铜加速醋酸盐雾试验 CASS试验 腐蚀膏腐蚀试验 CORR试验 电解腐蚀试验 EC试验 二氧化硫腐蚀试验 硫化氢腐蚀试验 108 11 汽车用紧固件表面处理工艺种类 109 11 汽车用紧固件表面处理工艺种类 11 1氧化钢铁表面氧化工艺主要应用在汽车零件工序间防锈 一般表面需浸油 有高温氧化和常温氧化 11 2磷化汽车用紧固件表面进行磷化处理 主要是应用磷化膜的润滑性能 兼具耐腐蚀性能 一般表面需浸油 11 3镀锌汽车用紧固件表面进行镀锌钝化处理 主要目的是防锈 有些紧固件在镀锌钝化处理后 还要进行其它后处理 紧固件在酸洗和电镀等表面处理过程中 会有氢脆产生 因此 高强度零件电镀后要进行去氢处理 110 11 汽车用紧固件表面处理工艺种类 镀