表面處理工藝對緊固件摩擦系數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,。

緊固件的摩擦系數是緊固件應用的關鍵指標,，而影響摩擦系數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——第二次底涂層涂覆——烘烤燒結——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：底涂層涂覆KL100/KL105（溫度：18～25℃,，工作粘度：37～40s,，離心速度，230轉/分,，離心時間，80s）,，底涂層烘烤燒結（240℃±5℃*30min）,。

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

摩擦系數實驗樣件：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 摩擦系數測試簡介

摩擦系數測試采用本案實驗采用的是Shatz公司生產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,、螺紋之間的摩擦系數及支承表面摩擦系數,。

3 測試結果分析

3.1 不同類型的涂覆結構對總摩擦系數的影響：

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

初步結論：在相同的涂覆工藝條件，涂覆兩遍底涂層KL100樣品的總摩擦系數較涂覆兩遍底涂層KL105的總摩擦系數要高33.6%,。且涂覆兩遍底涂層KL100樣品的總摩擦系數實測值散差較大,，結果一致性差。

這也體現在德國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，致使總摩擦系數顯著地降低,，同時也能保證結果的一致性,。

由此可表明，總摩擦系數與底涂層種類和特性有密切關系,；應根據不同類型需求,，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,；其樣件總摩擦系數如下表：

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

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,，致使總摩擦系數顯著地降低。

由此可表明,，總摩擦系數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的最關鍵因素；實際生產中,，可根據不同需求,，選擇不同類型的封閉劑來達到所需求的總摩擦系數要求。

3.3 封閉劑在不同的烘烤溫度下對總摩擦系數的影響：

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，其具體實測值為下表：

其隨烘烤溫度的變化趨勢如下：

初步結論：隨著溫度遞增,，總摩擦系數隨之增加,，具體的測試結果見表。

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樣品的總摩擦系數的變化情況，具體為下表：

初步結論：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,，具體如下表：

根據有機厚度測量方法,，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,，因此總摩擦系數自然隨之下降?？傊?，封閉劑涂層越厚，總摩擦系數就越低,。

3.6 封閉劑粘度對總摩擦系數的影響：

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的DELTA-SEALGZ，還是增加摩擦系數的DELTA-SEALRZ,，都應該其合適的施工粘度范圍,，根據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,。這種現象尤其會體現在螺紋銳角和棱邊等部位,。

根據目前的經驗和實驗數據統(tǒng)計，在滿足DELTA-MKS的規(guī)定的粘度條件,，涂覆的產品的摩擦系數不因封閉劑粘度變化而有較大的變化,。

4 總結

通過多組實際的總摩擦系數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的關系：

總摩擦系數與底涂層種類和特性有密切關系,；
總摩擦系數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的最關鍵因素；實際生產中,，可根據不同需求,，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要求；
在工藝范圍內,，隨著溫度的遞增,，總摩擦系數將隨之增加；
當達到合適的烘干溫度后,，保溫時間相差不大時,，對摩擦系數的影響不大；
封閉劑涂層越厚,，總摩擦系數越低,；
在規(guī)定的粘度條件，摩擦系數不因封閉劑粘度變化而有較大的變化,。

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