表面處理工藝對緊固件摩擦系數(shù)的影響之鋅鋁涂層涂覆篇

前言

鋅鋁涂覆因其優(yōu)異防腐性能和無氫脆的特點廣泛應用在汽車,、電力,、化工,、海洋,、鐵路,、橋梁,、隧道、造船,、國防軍事等領域廣為應用,，圖1為鋅鋁涂層在緊固件上應用圖片,。

緊固件的摩擦系數(shù)是緊固件應用的關鍵指標，而影響摩擦系數(shù)最重要的工藝過程就是緊固件的表面保護工藝,。

今天就帶領大家詳細了解鋅鋁涂層工藝過程對緊固件的摩擦系數(shù)的影響,。

圖1

1 鋅鋁涂覆工藝解析

首先了解下鋅鋁涂覆的工藝過程吧。

鋅鋁涂覆工藝過程：前處理——第一次底涂層涂覆——烘烤燒結(jié)——第二次底涂層涂覆——烘烤燒結(jié)——第一次封閉劑涂層涂覆——烘烤固化——第二次封閉劑涂層涂覆——烘烤固化——后處理,。

具體工藝參數(shù)：底涂層涂覆KL100/KL105（溫度：18～25℃,，工作粘度：37～40s，離心速度,，230轉(zhuǎn)/分,，離心時間,，80s）,，底涂層烘烤燒結(jié)（240℃±5℃*30min）。

封閉劑涂覆DELTA—SEALGZ/DELTA—SEALRZ（離心速度,，200轉(zhuǎn)/分離心時間,，40s），封閉劑固化（240℃±5℃*30min）,。

摩擦系數(shù)實驗樣件：六角頭法蘭面螺栓,，其規(guī)格為M10*1.5*65。材料為中碳合金鋼,，機械性能為8.8級,。其主要性能指標要求如下：

(1)外觀形貌：直接目視觀察圖片

(2)微觀形貌：

從微觀形貌可以看出，鋅鋁涂層是一種將超細鋅鱗片和鋁鱗片疊合包裹在特殊粘結(jié)劑中的無機涂層,。

一般尺寸為8-25微米的鱗片狀鋅,、鋁、專用有機物的高分散混合層,。該復合層在240℃左右高溫烘烤,，并經(jīng)過約30min保溫后，形成覆蓋在基材表面非解鋅鋁高防腐涂層。

2 摩擦系數(shù)測試簡介

摩擦系數(shù)測試采用本案實驗采用的是Shatz公司生產(chǎn)的多功能螺栓緊固分析系統(tǒng),，型號為5413-2777試驗測試機,。

以《ISO16047—緊固件的扭矩/夾緊力測試》為測試標準。該實驗測試機可以通過測試分析系統(tǒng)軟件程序,，可以求得總摩擦系數(shù),、螺紋之間的摩擦系數(shù)及支承表面摩擦系數(shù)。

3 測試結(jié)果分析

3.1 不同類型的涂覆結(jié)構(gòu)對總摩擦系數(shù)的影響：

根據(jù)德國DELTA-MK公司的關于此兩種涂層的技術(shù)參數(shù),，涂覆兩遍KL100和兩遍KL105的樣品（以下簡稱2*KL100和2*KL105,，以下同），其總摩擦系數(shù)測試結(jié)果對比如下表：

初步結(jié)論：在相同的涂覆工藝條件,，涂覆兩遍底涂層KL100樣品的總摩擦系數(shù)較涂覆兩遍底涂層KL105的總摩擦系數(shù)要高33.6%,。且涂覆兩遍底涂層KL100樣品的總摩擦系數(shù)實測值散差較大，結(jié)果一致性差,。

這也體現(xiàn)在德國DELTA-MK公司的涂料工藝說明中,，KL100只能作為專用的底涂層，而不能作為面涂層的原因之一吧,。

另外,，KL105中含有專門的潤滑劑，也能起到減摩潤滑作用,，致使總摩擦系數(shù)顯著地降低,，同時也能保證結(jié)果的一致性。

由此可表明,，總摩擦系數(shù)與底涂層種類和特性有密切關系,；應根據(jù)不同類型需求，綜合遴選出合適的底涂層滿足需要,。

3.2 不同類型的封閉劑對總摩擦系數(shù)的影響：

此試驗分別采用了兩種底涂層（KL100和KL105）以及兩種封閉劑（DELTA-SEALRZ和DELTA-SEALGZ）,，進行交叉了的試驗；其樣件總摩擦系數(shù)如下表：

初步結(jié)論：DELTA-SEALRZ因處理液成中含有特殊增摩劑,，導致總摩擦系數(shù)顯著地增加,。

DELTA-SEALGZ處理液中含有聚四氟乙烯顆粒的潤滑劑，也能起到減摩潤滑作用,，致使總摩擦系數(shù)顯著地降低,。

由此可表明，總摩擦系數(shù)與封閉劑種類和特性有密切關系,；封閉劑是涂覆工藝方面影響總摩擦系數(shù)的最關鍵因素,；實際生產(chǎn)中，可根據(jù)不同需求,，選擇不同類型的封閉劑來達到所需求的總摩擦系數(shù)要求,。

3.3 封閉劑在不同的烘烤溫度下對總摩擦系數(shù)的影響：

本組試驗采用了先涂覆二遍底涂層KL100烘干后,，再涂覆兩遍封閉劑（DELTA-SEALGZ），測試在不同溫度下烘烤DELTA-SEALGZ樣品的總摩擦系數(shù),，其具體實測值為下表：

其隨烘烤溫度的變化趨勢如下：

初步結(jié)論：隨著溫度遞增,，總摩擦系數(shù)隨之增加，具體的測試結(jié)果見表,。

200°烘烤

220°烘烤

240°烘烤

進一步而言,，DELTA-SEALGZ這種環(huán)氧樹脂型的封閉劑屬于烘烤固化型涂料。其樹脂中的各基團,，它們在常溫下足夠穩(wěn)定,，但加熱到較高溫度時，基團之間將快速地發(fā)生化學反應使涂膜交聯(lián)固化,。

溫度越高,，反應速度越快，交聯(lián)固化也越徹底,，整個涂膜干硬更早,，但要防止溫度過高，而導致涂膜黃變嚴重,。

另外,，溫度越高，體積小的溶劑分子越容易穿過樹脂分子間隙而擴散到涂膜表面,，溶劑保留率就要低,，整個涂膜干硬更早。

3.4 封閉劑在不同的保溫時間對總摩擦系數(shù)的影響：

本次試驗采用了先涂覆二遍底涂層KL100烘干后,，再涂覆兩遍封閉劑（DELTA-SEALGZ）,，測試在同一烘烤溫度不同的保溫時間下，DELTA-SEALGZ樣品的總摩擦系數(shù)的變化情況,，具體為下表：

初步結(jié)論：當達到合適的烘干溫度后,，保溫時間相差不大時，對總摩擦系數(shù)的影響不大,。

在保溫階段，保溫時間通常由涂膜化學交聯(lián)反應所需的固化工藝時間所決定,。此時,，體積小的溶劑分子已穿過樹脂分子間隙而擴散到涂膜表面，溶劑保留率將維持在一定的水平上,，整個涂膜干硬度將基本不變,。

3.5 封閉劑厚度對總摩擦系數(shù)的影響：

本次試驗采用了先涂覆二遍底涂層KL100烘干后，再涂覆封閉劑（DELTA-SEALGZ）,，并固化烘干,。比較涂覆一遍和兩遍封閉劑樣品的總摩擦系數(shù),，具體如下表：

根據(jù)有機厚度測量方法，可以得到在不同平均厚度膜的微觀圖片,。如下圖：

根據(jù)固體摩擦理論,，在金屬表面涂上軟的涂層可以起到潤滑作用，充當潤滑膜的用,。封閉劑（DELTA-SEALGZ）中含有聚四氟乙烯顆粒的潤滑劑,，能起到減摩潤滑作用。

當涂覆兩層有機涂層,，鋅鋁涂層微觀表面的更加均勻和致密,，表面包裹越發(fā)光滑，因此總摩擦系數(shù)自然隨之下降,?？傊忾]劑涂層越厚,，總摩擦系數(shù)就越低,。

3.6 封閉劑粘度對總摩擦系數(shù)的影響：

對于涂料施工來說，涂料粘度過高會使施工困難,，漆料霧化差,、流平性差、表面不平滑等缺陷,；涂料粘度過低,，會造成流掛，形成不均勻涂膜,，起不到涂膜應有的保護作用,。

因此，無論是具有減少摩擦系數(shù)的DELTA-SEALGZ,，還是增加摩擦系數(shù)的DELTA-SEALRZ,，都應該其合適的施工粘度范圍，根據(jù)DELTA-MKS的介紹,，其發(fā)貨粘度范圍在均在70±5秒（DIN53211粘度杯（3mm）,，20°C）。

但在實際操作中,，封閉劑粘度受外界環(huán)境溫度影響較大,；因此夏天與冬天的有較大的區(qū)別：如DELTA-SEALGZ，夏天工作粘度要求在36-40s（DIN53211粘度杯（3mm）,，20°C）.而在冬天,，工作粘度則規(guī)定在40-44s（DIN53211粘度杯（3mm），20°C）.

同樣地,，外界環(huán)境溫度同樣也會影響封閉劑溶劑的揮發(fā),；如在夏天,，溶劑揮發(fā)太快：濃度很快升高，在同部位的固體份含量不一致,，動會導致外觀時深時淺,。這種現(xiàn)象尤其會體現(xiàn)在螺紋銳角和棱邊等部位。

根據(jù)目前的經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計,，在滿足DELTA-MKS的規(guī)定的粘度條件,，涂覆的產(chǎn)品的摩擦系數(shù)不因封閉劑粘度變化而有較大的變化。

4 總結(jié)

通過多組實際的總摩擦系數(shù)實驗進行綜合對比分析,，得出鋅鋁涂層涂覆工藝與總摩擦系數(shù)的關系：

總摩擦系數(shù)與底涂層種類和特性有密切關系,；
總摩擦系數(shù)與封閉劑種類和特性有最為密切的關系；封閉劑是表面處理方面影響摩擦系數(shù)的最關鍵因素,；實際生產(chǎn)中,，可根據(jù)不同需求，選擇不同類型的底涂層和封閉劑組合來達到所需求的摩擦系數(shù)要求,；
在工藝范圍內(nèi),，隨著溫度的遞增，總摩擦系數(shù)將隨之增加,；
當達到合適的烘干溫度后,，保溫時間相差不大時，對摩擦系數(shù)的影響不大,；
封閉劑涂層越厚,，總摩擦系數(shù)越低；
在規(guī)定的粘度條件,，摩擦系數(shù)不因封閉劑粘度變化而有較大的變化,。

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