達克羅工藝及應用探討

孫 媛，秦 健

(1.北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710000；2.蘇州紐威閥門股份有限公司，江蘇 蘇州 215000)

碳鋼閥門中采用的一些小零件，特別是碳鋼緊固件等產品，由于其極易產生銹蝕，通常需要采用表面處理的方式來對其進行保護，減緩其銹蝕的速度，保證閥門的安全使用。以往的金屬腐蝕工藝主要有電鍍鋅、熱鍍浸鋅等，近幾年又有了機械鍍鋅。上述方式中，電鍍鋅表面光滑，但結合力不強，且厚度很難增加，因此防腐性能也不好(只有熱鍍鋅的十分之一)；而熱鍍鋅熱量大、污染嚴重、質量參差不齊。對于M12以下的緊固件來說，使用熱鍍鋅工藝不合格率會急劇增高，對于M8以下的緊固件來說，熱鍍鋅工藝將不再適用，這是由于鋅的熱熔液具有較大的能量，對于小規格的緊固件，其螺牙處非常細微，鋅液還沒有來得及擴散充分即凝固，形成鋅粒等不規則塊狀附著物，嚴重影響后續使用。

1 達克羅的原理及特點

達克羅是20世紀70年代由美國MCI公司開發的一種金屬表面防腐技術。實質上達克羅也可以被稱為鋅鉻涂層或者鋅鋁涂層，它是由英文DACROMET音譯和縮寫過來的。具體操作為將片狀鋅粉、鉻粉或鋁粉、去離子水等混合形成水溶性涂液，再將工件浸入涂液中充分接觸，然后以一定的溫度(180～300℃，根據工藝選擇)來烘烤固化涂層，使工件表面形成致密的達克羅涂層。

1.1 達克羅防腐原理

對于固化工藝，不同方式的涂和烘會造成成品涂層厚度的區別，這是不同工藝間一大差異，具體要根據使用工況綜合來考慮，目前采用的方式為“二涂二烘”。

達克羅的防腐性能優異，和熱鍍鋅一樣，主要從3個原理來保護基體材料。

(1)屏蔽作用。完整的涂層阻隔了基體材料和空氣，使腐蝕需要的氧元素缺少，從而達到防腐的目的。

(2)鈍化作用。達克羅涂層暴露在空氣中，會與空氣中的氧和水汽產生氧化物，這種氧化物是比較穩定的，可以阻止涂層進一步腐蝕。

(3)犧牲陽極作用。當涂層因為各種原因遭到破壞后，基體金屬裸露在空氣中，此時涂層作為陽極，基體作為陰極，大氣環境作為電解質，形成原電池回路。此時涂層會優先犧牲陽極腐蝕來對基體提供陰極保護(見圖1)。

1.2 達克羅防腐的優勢

以上原理是達克羅和熱鍍鋅共有的防腐原理，但達克羅相對于熱鍍鋅來說，還有更多明顯的優勢。

(1)無氫脆性，不會因為酸洗過程中氫離子侵蝕鋼鐵基體，造成氫脆發生。

(2)涂層薄，更易掌控成品尺寸，不會出現類似熱鍍鋅厚度不均勻導致最終尺寸不匹配的問題。

(3)滲透性好，對于復雜零件也適用，可以更好地覆蓋全表面，而不產生涂層死角。

(4)環保性好，達克羅工藝整個過程不涉及酸洗、堿洗步驟，且鍍液不含6價Cr離子，對環境非常友好。

達克羅也可作為防護的一道來設置，封閉處理是達克羅比較常見的一種后處理方式，有封閉處理的達克羅會更具防腐性能。如圖2所示，根據交流阻抗的原理，需要更高的電位才能破壞維鈍電位，使零件發生腐蝕，這是以理論數據為依據的判定。

2 達克羅涂層制備要求

達克羅的參考標準為國標GB/T 18684—2002。

2.1 工藝選擇

對應不同工況的惡劣程度，可以根據需求有選擇地制定工藝路線。工藝路線見表1。

表1 工藝路線

2.2 外觀要求

一般來說，達克羅涂層的顏色為亮銀色，經改性也能獲得其他顏色。達克羅涂層應連續，無漏涂、氣泡、剝落、裂紋、麻點、夾雜物等缺陷。涂層應基本均勻，無明顯的局部過厚現象。涂層不應變色，但是允許有小黃色斑點存在。

3 涂層驗收

涂層制備完成只是第一步，還需經過后續的各項檢測，以及現場使用的反饋來不斷調整涂層的指標，已期工藝與使用實際的最優配合。

3.1 附著力測試

涂層附著力的好壞直接影響使用壽命，如涂層附著力不好，則裝配時的撞擊都有可能將涂層從基體上剝落，這樣就沒法起到長期保護基體的作用。對于涂層附著力的測試，由于其屬烤漆范疇，所以一般采用膠帶法來測試，不出現涂層脫落即視為合格。

3.2 鹽霧試驗

對于客戶而言，在閥門的緊固件上選擇熱鍍鋅也好，選擇達克羅也罷，其很大一部分考慮因素是零件的防腐，特別是用在海洋或近海工況的線路中，防腐性能的好壞尤為重要。若沒有良好的防腐性能，則基體螺栓、螺母等連接緊固件很容易出現腐蝕。若進一步演化為點蝕、孔蝕，則會嚴重影響基體材料的完整性，成為裂紋萌生的地方，最終導致緊固件斷裂，不再提供緊固效果。

因此，采用鹽霧試驗來模擬評價，即采用鹽霧試驗箱，人為地制造腐蝕環境，通過腐蝕產生的時間和范圍，來評判材料是否防腐耐蝕。

對于不同工藝厚度的緊固件有不同的鹽霧時間要求，可以分為4個級別。鹽霧試驗見表2。

表2 鹽霧試驗

一般情況下，等級1采用“一涂一烘”工藝，等級2、3采用“二涂二烘”，而等級4或是以上都是采用“三涂三烘”或以上工藝制備。這需要根據實際工況來選擇最優的等級。

對比熱鍍鋅，熱鍍鋅500h的鹽霧時間，達克羅工藝也是可以覆蓋的，防腐性能實際上是比熱鍍鋅要高不少。

3.3 耐濕熱/水試驗

這兩個實驗其實比較相近，因為達克羅目前普遍用在汽車、家用電器等緊固件防護上，因此這兩個實驗可以用來收集各類電子、電器、小五金等零件的耐熱、耐寒、耐濕性能。但閥門屬于工業領域，從設計之初就考慮了高低溫、干濕介質流通等問題，所以這兩個試驗肯定是可以滿足，實際樣品檢測也沒有問題。

3.4 金相觀察

通過對涂層截面進行金相觀察，可以更加直觀地了解到涂層的厚度、與基體結合情況、是否有空隙等一系列信息，且涂層截面所測硬度也較為準確，防止基體對表面涂層(涂層很薄的情況下)的硬度影響。

使用EDS掃描電子顯微鏡對平面涂層截面形貌進行分析(見圖3)，可以看到，通過“二涂二烘”方式制備的涂層平均厚度在12μm左右，但結合處未見明顯分離，說明涂層的結合力尚可。

而對螺牙處的涂層截面形貌進行分析(見圖4)，可以發現雖然工件表面不平整的地方會出現涂層變薄的現象，但由于選取的樣品為M6的螺柱，其內螺牙尺寸實際上非常細密。相對于熱鍍鋅來說，這個尺寸的緊固件僅從肉眼判斷都可以發現有明顯的鋅粒附著，且尺寸偏差更大(約10μm)，因此達克羅在小規格緊固件上的應用是可以實現的。

4 達克羅的一些應用

達克羅目前已經廣泛的應用于各行各業，最典型的是汽車和電站行業。由于達克羅的優異性能、低廉的成本、對環境友好等特點，已經得到了這些行業客戶的認可。緊固件也有非常廣泛地應用。

5 結語

以上對達克羅工藝防護原理及制備要求進行了介紹；從性能及適用范圍與熱鍍鋅進行了分析對比，闡明了熱鍍鋅不適用小規格零件。列舉了達克羅的典型應用，達克羅作為一種可以替代熱鍍鋅，同時防腐性能又遠遠高于電鍍鋅的工藝，可以推廣使用。