任赤兵：ISO、ASTM紧固件表面处理标准新技术要求，值得收藏！

　　本文作者为金蜘蛛紧固件网顾问专家任赤兵，将于2016年12月8-9日在杭州主讲第132场金蜘蛛培训研讨会，课题为紧固件检测和试验方法（ISO、ASTM、EN），欢迎报名参加，咨询热线：0571-86947910，020-38861363。

　　所有的碳钢紧固件中约有90％的表面需经过镀或涂履处理，或者带有某些其它添加的表面（密封剂、面涂和润滑），主要是为了提高表面抗腐蚀能力、外观装饰、耐磨性或控制扭矩轴力K因子等要求。

　　一、紧固件表面处理新版标准修订背景

　　近几年在紧固件的贸易接单中，客户对紧固件表面涂覆质量、无铬钝化、抗腐蚀能力和装饰色泽也提出更高的要求，及减少氢脆危险的技术措施，尤其是对有涂履高强度紧固件的装配扭矩轴力关系等提出更加严谨的规范要求。

　　随着金属表面处理的环保、节能及产品品质的提升，不同的涂层上需带有或附加密封剂、面涂和集成或附加润滑的表面涂履处理的新技术和新工艺在不断涌现和攀升，表面涂履的技术规范和质量要求在不断在提升和完善，表面处理标准也在不断地将表面处理的新工艺、新技术和新规范充实到标准中去，这对紧固件企业交货产品的表面处理质量也提出更高要求。

　　因此，我国紧固件生产企业要尽快去收集和理解紧固件表面处理新标准，加强紧固件表面处理新工艺和新技术的研发进度，提高紧固件表面处理质量，以适应市场和用户的新需求。

　　从2011年后ISO/TC2/ SC14国际紧固件（表面涂层）分技术委员会和ASTM F16.03美国紧固件涂层分技术委员等国家的标准化组织，对紧固件电镀、非电解锌片涂层（达克罗）和热浸镀锌三个主要的表面处理标准也加快了修订进度，2014年和2015 年ISO 和ASTM都相继推出了紧固件的涂层新标准，有些标准是被彻底修改或更新。

　　1.1紧固件电镀标准

　　ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员经五年的起草修订，2015年10月在美国新奥尔良召开的

　　ISO/TC2国际紧固件会议上，正式推出ISO/PWI 4042-15th稿《紧固件 电镀Fasteners Electroplated coatings》标准报审稿，声称彻底修改现行ISO 4042-1999版标准；

　　该标准修订考虑到相关国家和地区环保法规要求，六价铬Cr+6和无铬Cr+3钝化的技术发展，增添涂层密封剂、面漆和附加润滑新技术条款，以满足涂层紧固件防腐蚀、外观装饰及装配功能要求，及最大限度地减少氢脆危险及相关去氢技术措施，SC14工作组已进行了十五稿标准的技术性修订和编辑。

　　2015年美国推出ASTMF1941/F1941M -2015《英制和米制机械紧固件——电镀层规范Standard Specification for Electrodeposited Coatings on MechanicalFasteners, Inch and Metric1》标准。

　　该规范涵盖了美制“UNC/UNF”统一英制螺纹和米制“M”螺纹的机械紧固件电镀涂层，建立的涂层系统与ISO国际标准同步。紧固件涂层螺纹应符合ASME B1.1美制和ISO 965-1、ISO 965-2和ISO965-3公制螺纹标准，涂层厚度值是基于外螺纹公差和偏差值，涂后螺纹不应超过螺纹基本中径，而影响螺纹的互换性。

　　对于表面硬化和硬度大于39HRC高强度紧固件，按水溶液沉积金属电镀的工艺过程，有因氢脆而导致失效的风险，尽管这个风险可以通过选择合适的材料、适当的表面处理工艺方法以及后期烘烤等来进行控制，但氢脆的风险是不能完全排除。因此，本标准不推荐12.9级（≥39HRC）的紧固件采用电镀处理。

　　申明本标准发布即替代ASTM B633《铁和钢 电解沉积镀锌》标准在紧固件电镀表面处理中的应用。

　　1.2紧固件达克罗处理标准

　　2014年ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员修订了ISO 10683-2000年版标准，推出ISO10683– 2014版《紧固件非电解锌片涂层Fasteners — Non-electrolytically applied zinc flake coatings》标准。

　　标准明确指出对紧固件非电解锌片涂层（达克罗）的相关产业或流通领域化学品供应商、涂履加工者、紧固件制造商，分销商和最终用户必须在合同中注明锌片涂层有与否（带六价铬Cr+6或无铬Cr+3）。标准覆盖了所有类型紧固件，即ISO公制螺纹紧固件与非ISO公制螺纹紧固件（美制英寸60°螺纹UNC/UNF等）和非螺纹紧固件（包括垫圈，销，夹等），为提高防腐蚀和装配功能或减少螺纹咬死，标准建立达克罗涂层系统（带或不带面涂和集成或另附加润滑）的规范要求。提出二个设计指导性选择程序：“锌片涂层系统的耐腐蚀性”和“螺纹配合间隙的设计”，供设计者、销售商和最终用户选用。

　　2011年美国已将英制（F1136）和米制（F1136M）的二个达克罗标准合为一个，即ASTM F1136/F1136M -2011《紧固件 锌铝防腐涂层StandardSpecification for Zinc/Aluminum Corrosion Protective Coatings for Fasteners》。

　　该规范涵盖了紧固件水性锌铝防腐涂层基本技术要求和测试方法，以及可选的密封剂和面漆，底涂层经协商明确后可以含有（C）六价铬Cr+6或含有（NC）无六价铬Cr+3。

　　水性锌铝防腐涂层工艺是清洗、涂覆和烘烤的过程，烘焙温度330°，不会影响到产品最终机械性能。涂层厚度分为六个等级（1?6等级），以及测试时应相应地符合外观，粘合性，耐腐蚀，起泡，螺纹配合，和去氢处理要求。涂覆过程没有诱导紧固件内部氢脆产生的可能性，因清洁过程中没有或用酸或磷酸盐预处理，而采用碱性清洁或蒸汽脱脂或抛丸除锈。

　　1.3 紧固件热浸镀锌标准

　　2005年美国ASTM F16.03紧固件涂层分技术委员会（Subcommittee on Coatings on Fasteners）

　　参照ASTM A153《铁钢制品金属 热浸涂锌》标准，首次制定适用于紧固件的热浸镀锌ASTM F23293－2015年标准。于2015年又再次修订、重新批准编辑为英制和米制合二为一的ASTM F2329/F2329M-2015《适用于碳钢、合金钢螺栓、螺钉、螺母、垫片和螺纹紧固件的热镀锌要求 Standard Specificationfor Zinc Coating, Hot-Dip, Requirements for Application to Carbon and AlloySteel Bolts, Screws, Washers, Nuts, and Special Threaded Fasteners》标准。

　　该规范涵盖了应用于碳钢和合金钢螺栓，螺钉，垫圈，螺母，以及由热浸镀过程中针对螺纹紧固件热浸锌镀层的特殊技术要求，用于涂层中的锌应符合规范要求，涂层厚度和外观、防氢脆试验和附着力测试等要求。

　　2004年欧盟CEN/TC 185“紧固件技术委员会”批准不经任何修改，就直按引用ISO 10684作为欧盟EN ISO 10684:2004《紧固件 热浸镀锌》标准；德国DIN紧固件标准化技术委员会（FMV2.6表面保护组织）也于2009年春颁发，等效采纳为DIN EN ISO 10684:2004+Cor.1:2008《紧固件 热浸镀锌Fasteners-Hot dip galvanizedcoatings》标准。

　　标准规定热浸镀锌适用碳钢和合金钢（米制M8～M64和英寸1/4~3）粗牙螺纹紧固件及特殊螺纹紧固件、性能等级≤10.9级（美A325级），允许有轻微的涂层修复。涂后采用离心甩干或以其他方式除去多余的镀锌浴金属。

　　对规格小于M8或螺距小于1.25mm的螺纹紧固件和热处理硬度≥HRC40的螺纹紧固件（包括A490）或表面硬化钢制紧固件不推荐热浸镀锌。标准明确12.9级（或8 级、A490）以上的螺栓、螺钉和螺柱不适用。

　　但提请关注，欧盟紧固件技术委员会CEN/TC 185规定EN 14399、DIN 6914的10.9HV、10.9HR钢结构螺栓组件仍继续采用热浸镀锌作为工程、风能和桥梁露天紧固件的防腐处理的首选。

　　1.4紧固件氢脆基础技术报告

　　加拿大提交《紧固件防氢脆》技术指导报告，详细分析紧固件氢脆机理、氢脆失效条件和去氢烘烤技术措施，ISO/TC2/SC14秘书处和DIN紧固件标准化委员会批准将于明年发布ISO/DTR 20491《钢制紧固件氢脆基础》技术指导标准。

　　高强度钢制紧固件一般指抗拉强度为1200MPa-2000MPa的紧固件。

　　高强度紧固件常被用于重要场合，如桥梁、车辆发动机、航天器，这些紧固件的失效将导致灾难性的后果。预防氢脆导致的失效，管理氢脆风险是整个紧固件供应链需要考虑的根本性问题，相关环节包括：钢厂、紧固件制造商、表面涂覆供应商、应用工程师、连接副设计者、直至最终用户。

　　氢脆研究已有数十年，但由于氢脆的失效机理复杂、影响因素众多，因此紧固件氢脆失效至今还不能预测。相关研究结论又通常难以转化为紧固件实际操作的有效指导。

　　此外，不同标准之间的差异，有些标准要求不充分，有些标准过于严格，有时同一个标准中这两种情形同时存在，导致情况更为复杂。紧固件工业标准中的不一致甚至相互冲突导致了许多混乱以及很多本可以避免的紧固件失效。

　　ISO技术报告的目的是提炼出最新的关于氢脆的知识，将其转化为完整而简单的、可以直接在紧固件上生产中采用的技术。其技术指导包括：氢脆损伤的理论和机理的描述、氢脆失效产生的三个基本条件，然后是氢脆测试方法以及工艺过程、表面清洗、涂覆（特别是电镀）、烘烤等方面的指导。

　　现新的或即要颁发ISO/PWI 4042-15th、ASTM F1941/ F1941M -2015、ASTM F2329/F2329M -2015、ISO 10683-2014标准中都直接引用本技术指导报告的氢脆基础机理、氢脆条件和去除氢的技术措施条款。

　　二、紧固件表面处理标准

　　三、欧美紧固件电镀标准概述

　　ISO/WD 4042(15th)-2015《紧固件 电镀》
　　ASTM F1941-2015《英制和米制机械紧固件——电镀层规范》

　　3.1适用范围

　　标准适用于ISO米制和UNC/UNF统一英寸制机械紧固件的电解沉积镀层的应用、性能和尺寸要求，也适用于非螺纹紧固件如垫圈，销，夹子和铆钉。规定了镀层厚度、带六价铬或非六价铬钝化表面处理、应用密封剂、面漆新技术的发展和附加润滑，及最大限度地减少氢脆危险研究工作发展和技术措施。

　　3.2 建立涂层系统

　　在锌，锌合金和镉镀层的钝化提高了防腐性，钝化含六价铬Cr+6或三价铬Cr+3，钝化涂层还可以附加更好的附着力和/或附加的各种需要的不同外观色泽，（见表5、6、7）。

　　附加密封剂/面涂层（带或不带润滑剂）可以增加耐腐蚀性并实现其它特定功能（如扭矩/夹紧力性能，耐化学品，机械性，外观色泽，热稳定性，增加的导电性，耐紫外辐射抗性）。

　　选择的密封剂或面涂层的性质，应根据所需的属性要求。

　　① 仅是基材金属（S）
　　② 基材金属（S）+转化膜（钝化）
　　③ 基材金属（S）+转化膜（钝化）+添加润滑
　　④ 基材金属（S）+转化膜（钝化）+密封剂/面漆涂层
　　⑤ 基材金属（S）+转化膜（钝化）+面漆涂层+加润滑

　　密封剂/面涂层（提高数倍防腐蚀性）密封剂和顶涂层可以是有机或无机的，或两者的组合。

　　带或不带润滑剂（装配功能）当指定扭矩/夹紧力的要求（例如，摩擦系数μ和扭矩系数K），集成润滑剂或随后添加润滑剂。

　　3.3镀层材料

　　电镀涂层有单金属和复合金属（锌，锌合金，镉镀层等）；
　　镀层材料——镀层材料应按表2进行选择和指定。

　　3.4厚层

　　表面涂层厚度对抗腐蚀有显著的影响，其次对螺纹公差和间隙配合也应采取相措施。

　　3.5钝化表面

　　在锌或合金锌镉镀层的钝化提高了防腐性，当没有规定六价铬（Cr+6）或三价铬Cr+3或其他无铬钝化表面处理由生产厂自行选用（或合同协议）。钝化处理可以增高附着力和/或改变外观颜色，其外观的选择应符合指定。

　　3.6涂层系统标记

　　ISO 4042标准规定密封剂/面涂、附加润滑剂的标记和特性规范要求。

　　面涂或密封剂、润滑剂小知识：

　　—— 镀锌封闭剂一般为水性体系，可在钝化时或钝化后进行；
　　—— 镀锌封闭剂有很高防腐性能和极强的附着力，不含甲醛、苯、重金属等有害物质，有利于环境保护，干燥后变为透明光亮膜层，可以用做最终的防腐涂层，也可作为防锈底漆使用；
　　—— 封闭膜层具有优异的光亮性、平整性、防变色性、抗腐蚀性和高附着性等特点；
　　—— 添加润滑剂或上蜡润滑剂可直接在金属层上添加或钝化或在密封剂上或在顶涂层后添加。

　　3.7腐蚀防护与测试
　
　　电镀层的防腐蚀上取决于金属层（或多个）厚度，纯化处理和/或密封剂/顶涂层提高腐蚀保护，或更厚的涂层厚度。

　　纯化涂层和/或密封剂/顶涂层提供保护涂层金属腐蚀（形成白色腐蚀），因此也提供了对基础金属腐蚀额外的保护。白色的薄雾不应被当作白色腐蚀，黑色斑点不应引起拒收，因为它不削弱抗蚀能力。

　　中性盐雾NSS试验按照ISO 9227或ASTM B117的标准规范用来评价的耐腐蚀性涂层系统。抗腐蚀性试验要求仅适用于有效表面，评定涂层防腐性能的质量。即在金属基体上不应有肉眼可见的锌层白锈和红色铁锈。进行中性盐雾试验，应在不大于24小时“涂履”工序后，也应在工序完工后、包装和/或组装之前。

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　　第132场：紧固件检测和试验方法（ISO、ASTM、EN）
　　2016年12月8-9日
　　主讲人：任赤兵

　　讲师介绍：金蜘蛛紧固件顾问专家，现任中国紧固件标准化技术委员会顾问委员（五届），曾七次代表中国SAC/TC85参加ISO/TC2国际紧固件标准化工作会议。

　　课程简介：
系统解读欧美紧固件机械性能试验方法、螺纹检验、型式及尺寸检验和涂层检验相关标准要求。

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