40CrNiMoA 自鎖螺母鹽霧試驗不合格原因分析研究

王曉靜

（貴州航天職業技術學院，貴州遵義 563000）

0 引言

材料或其性能在環境的作用下產生的破壞或變質稱為腐蝕。腐蝕大多情況下發生在大氣環境中，主要是由于大氣中含引起濕度、溫度變化的成分或因素。鹽霧試驗便是一種最常見、最具破壞性的大氣腐蝕[1]。鹽霧對金屬材料的腐蝕機理是：氯離子穿透金屬表面的氧化層和防護層，與內部金屬發生電化學反應。腐蝕會破壞零件表面金屬保護層，不僅會使零件失去裝飾性，而且會降低產品機械強度。

鹽霧試驗是一種利用鹽霧試驗設備創造出人工模擬鹽霧環境，以此考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗。這種環境試驗一般分為兩類：一是天然環境暴露試驗，二是人工加速模擬鹽霧環境試驗。本文介紹的自鎖螺母鹽霧試驗采用后一種試驗方法。這種試驗是利用鹽霧試驗箱，在其容積空間內用人工的方法，對產品抗腐蝕能力進行考察。與天然環境相比，人工加速模擬鹽霧環境試驗得出結果的時間大大縮短，僅需幾十個小時即可得到相似結果。在該產品加工過程中，我們對鍍鎘后的產品采用再涂二硫化鉬固體干膜潤滑劑的工藝。但在實際生產中，產品容易出現鹽霧試驗不合格的問題。為解決該問題，制定幾種工藝配方及工藝流程，并對不同的工藝配方及工藝流程進行了試制及試驗結果的對比分析。

1 原產品表面處理工藝及工藝流程

原產品表面處理采用的是磷化加噴涂、浸涂固體潤滑劑工藝。

磷化是一種形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，這個過程是通過化學與電化學反應實現的，所形成的磷酸鹽轉化膜叫磷化膜，這種磷化膜膜層厚度一般為10 ～15um，摩擦系數在0.05 左右。磷化是常用的一種前處理技術手段，它屬于化學轉換膜處理，主要應用于鋼鐵的表面磷化，有色金屬件也可應用磷化處理[2]。表面磷化處理的作用主要是：一是提高耐蝕性。磷化膜雖然比較薄，但它是一種不導電隔離層，屬于非金屬，可以增強膜層與工件之間的結合力，也可以提高工件加工中的潤滑性，提高涂覆后工件表面涂層的耐蝕性，同時也可以提高工件的耐磨性；二是增加基體與工件的附著力和防護性；三是可以提供干凈的表面，在沒有銹蝕及油污的工件表面磷化膜才可以生產；四是能夠改善材料的冷加工性能。

1.1 產品表面處理工藝配方

磷酸鹽膜在金屬的冷變形加工過程中，能較好地改善摩擦表面的潤滑性能，延長工具和模具的壽命。磷酸鹽膜又是油漆和涂料的優良底層，無論是普通油漆還是電泳涂漆，磷酸鹽膜在提高涂層與基體的結合力和耐蝕性方面起著重要的作用。

改進前產品表面處理采用的是磷化后進行噴涂、浸涂固體潤滑劑的方式，具體工藝配方如表1 所示。

表1 改進前產品表面處理工藝配方表

1.2 產品表面處理工藝流程

產品原表面處理工藝流程如下。

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→裝掛→活化→電泳→預固化→卸掛→擺盤→噴涂→預固化→翻盤→噴涂→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

1.3 產品鹽霧試驗結果分析

對上述采用表面處理工藝配方及工藝流程加工的產品進行鹽霧試驗，產品出現了銹蝕（見圖1），鹽霧試驗不合格。

圖1 鹽霧試驗96h有白銹產品圖

產品鹽霧試驗不合格的因素有很多，如試驗環境的溫度、濕度、噴霧壓力、產品放置位置、工藝配方、溶液中雜質含量等[3]。本試驗中產生鹽霧試驗不合格的原因主要有以下兩點。

（1）使用該工藝的磷化配方磷化出來的產品鍍層比較粗糙，耐蝕性不理想，對產品的耐蝕性有很大的影響。

（2）HR-7201 固體膜潤滑劑主要由環氧樹脂、氨基樹脂、二硫化鉬及混合溶劑等成分組成，使用溫度可達到300℃，在零部件表面起防卡咬及潤滑的作用。該工藝中固體潤滑劑性能欠佳，導致產品耐蝕性難以達到技術要求。

2 試驗驗證

2.1 試驗驗證方案

對本產品鹽霧試驗不合格原因進行分析梳理，通過以下方案進行試驗驗證，查找產品鹽霧試驗不合格的原因，并確定最合理的表面處理工藝配方及流程。

方案一：采用原磷化配方，使用固體潤滑劑HR-7352，采用1:2 稀釋的工藝配方，以原表面處理工藝流程進行表面處理。

方案二：改變原磷化配方及溫度等參數，使用固體潤滑劑HR-7201，按照1:2 稀釋的工藝配方，采用原表面處理工藝流程進行表面處理。

方案三：改變原磷化配方及溫度等參數，使用固體潤滑劑HR-7352，按照1:2 稀釋的工藝配方，采用原表面處理工藝流程進行表面處理。

2.2 方案一試驗驗證情況

2.2.1 工藝配方

磷化工藝配方：氧化鋅20 ～30g/L；磷酸20 ～30g/L；硝酸鋅60 ～80g/L；亞硝酸鈉1 ～2g/L；時間10 ～20min；溫度30 ～35℃；浸涂固體潤滑劑：HR-7352：稀釋劑=1:2。

2.2.2 工藝流程

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→裝掛→活化→電泳→預固化→卸掛→擺盤→噴涂→預固化→翻盤→噴涂→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

2.2.3 試驗結果

對上述表面處理工藝配方及工藝流程加工的產品進行鹽霧試驗，產品出現銹蝕（見圖2），鹽霧試驗不合格[4-5]。

圖2 鹽霧試驗96h有紅銹產品圖

2.3 方案二試驗驗證情況

2.3.1 改進后的表面處理配方

通過改變磷化配方及溫度等參數，形成了新的表面處理工藝配方，具體如表2 所示。

表2 改進后產品表面處理工藝配方表

2.3.2 產品表面處理工藝流程

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→裝掛→活化→電泳→預固化→卸掛→擺盤→噴涂→預固化→翻盤→噴涂→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

2.3.3 試驗結果

對上述表面處理工藝配方及工藝流程加工的產品進行鹽霧試驗，產品出現銹蝕，鹽霧試驗不合格。

2.4 方案三試驗驗證情況

2.4.1 改進后表面處理工藝配方（見表3）

表3 改進后產品表面處理工藝配方表

2.4.2 產品表面處理工藝流程

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→裝掛→活化→電泳→預固化→卸掛→擺盤→噴涂→預固化→翻盤→噴涂→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

2.4.3 試驗結果

對上述表面處理工藝配方及工藝流程加工的產品進行鹽霧試驗，產品未出現銹蝕，鹽霧試驗合格[6-7]。

2.5 結果分析

2.5.1 試驗結果

對這幾種方案進行試驗探究，試驗結果匯總如表4所示。

表4 工藝配方改進前后鹽霧試驗結果對照表

2.5.2 試驗結果分析

根據上述試驗結果，可分析如下。

舊磷化配方由于溶液成分配比不佳或前處理方式等的影響，導致該磷化配方的耐蝕性均比較差，致使涂覆后產品耐蝕性欠佳；改進前磷化配方與HR-7201 固體潤滑劑的耐蝕性均比較差，而改進后的磷化配方和HR-7352 固體潤滑劑的耐蝕性相對比較好。

另外，上述方案中工藝流程含24 道工序，流程過于繁瑣，增加了人工成本，若取消磷化工序則會由于鍍鎘層未磷化固體潤滑劑而無法涂覆，為了彌補該工序不足，需在磷化工序后面加電泳工序，由于電泳層比較光滑，無法直接浸涂固體潤滑劑，因此還需在電泳工序后面加噴涂工序。為進一步優化工藝流程，降低成本，提高質量，用新磷化配方+浸涂HR-7352 的磷化方案，分別按以下4 種工藝流程對產品進行表面處理后，再次進行鹽霧試驗，試驗對比結果如表5 所示。

表5 4種工藝流程鹽霧試驗結果對照表

工藝流程一：

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→擺盤→噴涂→預固化→翻盤→噴涂→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

工藝流程二：

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→鼓桶自動噴涂兩次→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

工藝流程三：

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→鼓桶自動噴涂三次→預固化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

工藝流程四：

除油→酸性→活化→鍍鎘→出光→去氫→出光→磷化→浸涂→預固化→浸涂→固化→檢驗。

可見，按4 種工藝流程表面處理后的產品鹽霧試驗均合格，而4 種工藝方案中第4 種工藝流程最為簡化。

3 結語

通過改進前后表面處理配方和工藝流程試驗對比，可得出以下結論。

（1）改進后的表面處理工藝配方耐蝕性較好，且操作簡單。

（2）改進后的工藝流程四不僅工序少，而且能滿足產品鹽霧試驗性能指標。