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弹簧的表面防腐技术


   弹簧的防腐方法一般采用保护层,根据保护层的性质可分为:金属保护层、化学保护层、非金属保护层和暂时性保护层等,在此着重介绍前三种方法。   不锈钢弹簧和铜线弹簧本身就具有一定防腐能力,所以一般不进行防腐处理。

1、弹簧的金属保护层   金属保护层种类很多,就弹簧而言,一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电镀保护层不但可以保护不受腐蚀,同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹簧的工作性能,例如提高表面硬度,增加抗磨损力,提高热稳定性,防止射线腐蚀等。但如果单纯为了弹簧的腐蚀,一般应选用电镀锌层与电镀镉层。

   锌在干燥的空气中较安定,几乎不发生变化,不易变色。在潮湿的空气中会生成一层氧化锌或碳式碳酸锌的白色薄膜。这层致密的薄膜可阻止继续遭受腐蚀。因此镀锌层用于弹簧在一般大气条件下防腐蚀保护层。凡与硫酸、盐酸、苛性钠等溶液相接触,以及在三氧化硫等气氛的潮湿空气中工作的弹簧,均不宜用锌镀层。

   一般镀锌层后经钝化处理,钝化可提高镀层的保护性能和增加表面美观。

   在海洋性或高温的大气中,以及与海水接触的弹簧,在70°C热水中使用的弹簧,镉比较安定,耐腐蚀性能较强。镉镀层比锌镀层光亮美观、质软、可塑性比锌好,镀层氢脆性小,最适宜于弹簧作保护层。但镉稀少、价昂贵、且镉盐毒性大,对环境污染很厉害。因此,在使用上受到限制。故大多数只在航空、航海及电子工业所用的弹簧才使用镉镀层作保护层。

   为了提高镉镀层的防蚀性能,可在镀后进行钝化处理。

   锌与镉镀层的厚度决定着保护能力的高低。厚度的大小一般应根据使用时工作环境来选择,镀锌层硬度推荐在6~24μm范围内选取;镀镉层厚度推荐在6~12μm范围内选取。

   弹簧的镀锌和镀镉是在氰化电解液中进行的。在电镀过程中,除镀上锌或镉外,还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去,造成内应力,使弹簧上的镀层和弹簧变脆,也叫氢脆。由于弹簧材料的强度很高,再加上弹簧成形时的变形很大,因此,对氢脆特别敏感,如不及时去氢,往往会造成弹簧的断裂。为了消除电镀过程中产生的一些缺陷,改善弹簧的物理化学性能,延长弹簧的使用寿命,提高镀层的抗蚀能力,必须进行镀后处理,即除氢处理。除氢处理是在电镀后,立即或者在几小时之内进行。将电 镀后的弹簧在200~215°C的温度中,加热1~2h(或2h以上,如果时间过长容易产生铬脆),即可达到除氢的目的。

   除氢一般在烘箱中进行。除氢效果与温度、时间、电镀后的停留时间等有关。一般来说,温度高、加热时间长,镀后停顿时间短,其除氢效果就好。故对弹簧除氢温度选择可高一些。   金属保护层,除上述的镀锌和镀镉外,还有镀铜、镀铬、镀镍、镀锡、镀银、镀锌钛合金等,弹簧设计者可根据弹簧工作的场合选择镀层。

2、 弹簧的化学保护层   利用化学反应的方法使弹簧表面生成一层致密的保护膜,以防止弹簧腐蚀。通常采用氧化处理与磷化处理。

   氧化处理与磷化处理,成本低、生产效率高,一般弹簧制造厂均采用氧化处理,作为防腐蚀性处理。

(1)       氧化处理 钢的氧化处理亦称发蓝、发黑、煮黑。氧化处理后,弹簧表面生成保护性的磁性氧化铁,此氧化膜一般呈蓝色或黑色,也有时呈黑褐色。其颜色决定于弹簧的表面状态、弹簧材料的化学成分和氧化处理工艺。

(2)          氧化处理的方法有:咸性氧化法、无碱氧化法和电解氧化法。以采用碱性氧化法为多。   碱性氧化法是将弹簧放入温度140°C左右,含有氧化剂的氢氧化钠溶液中浸泡一定时间,氧化剂和氢氧化钠与铁作用,生成亚铁酸钠和铁酸钠,再相互反应,生成磁性氧化铁。

(3)          氧化膜层的厚度约为0.6~2μm。氧化膜虽能提高弹簧的耐腐蚀性,但由于膜薄,而且有气孔,所以它的保护能力较差,只能用于在腐蚀性不强的介质中工作的弹簧。其防腐性能的高低取决于氧化膜的致密程度和它的厚度,因而也就是决定于氧化处理的氢氧化钠浓度、氧化剂浓度、溶液的温度等因素。

(4)          为了提高氧化膜的防腐性和润滑能力,应该加强氧化处理前后的处理。氧化处理前须将弹簧表面的锈蚀、氧化皮、油污、热处理的盐渣、表面接触层等进行彻底的清除。氧化处理后,通常是将弹簧在肥皂溶液或重铬酸盐中进行填充处理,而后用流动温水洗净、吹干或烘干,最后再上水膜置换防锈油或上一定温度的机械油进行浸油处理。

   氧化处理对某些热轧弹簧材料的表面晶界有所浸蚀,这在一定程度上会降低疲劳强度,因而,在采作氧化处理时应慎重。   传统的氧化处理是需要加温进行的。近几年来,国内也有些制造单位使用常温发黑剂,它克服了传统发黑工艺的缺陷,节约了大量的能源。   发黑剂为蓝绿色浓缩液化,无杂质、无异味、不燃、不爆、不腐蚀,运输安全。

  发黑剂用水稀释,弹簧发黑时常用的稀释比约为15左右。   发黑剂的操作工艺较为简单,其工艺路线为:去油、漂洗、酸行、漂洗、发黑(在室温下2~5min)漂洗、水膜置换防锈油。要注意的是:一定要把弹簧工件上的油去尽,清洗干净后,才能放入常温剂中进行氧化处理。

   氧化处理成本低、工艺配方较简单、生产效率高、氧化膜有一定的弹性,基本上不影响弹簧的特性曲线,所以氧化处理较广泛地作为成形螺旋弹簧、弹簧垫圈及片弹簧等的防腐和装饰措施。

   弹簧经氧化处理后的质量检验包括外观检查和抗蚀性检查。

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