高強度・耐食性ボルトの表面処理について詳しくご紹介します

表面処理を適切に選択することは、ファスナーの設計と選択において重要です。多種多様な表面処理プロセスが可能です。ファスナー。設計者は、動作条件、耐食性要件、アセンブリ性能、温度環境、環境保護基準、コスト予算に応じて、経済的で互換性のあるソリューションを選択する必要があります。市販のファスナーのほとんどは炭素鋼または合金鋼でできており、腐食しやすいです。耐食性材料で製造されたファスナーであっても、腐食性媒体を隔離し、酸化を遅らせるために表面処理が必要です。

ファスナーのコーティングには、接着力が強く、組み立てや分解の際に剥がれがなく、ねじのかみ合いを妨げない適切な厚さが必要です。さらに、ほとんどのコーティングの耐熱限界はベースの鋼材の耐熱限界よりも低くなります。したがって、選択時には使用温度を考慮する必要があります。外観や防食機能を超えて、表面処理はファスナーの締結性能、特にトルクと予圧の一貫性に大きく影響します。プロフェッショナルな設計により、耐食性、組立ての製造性、動作の安定性、環境コンプライアンスのバランスが総合的に確保されています。この記事では、高強度で耐食性の高いファスナーのための主流の表面処理プロセスを紹介します。

1. 電気亜鉛メッキ

電気亜鉛メッキは、商業用ファスナーに最も広く使用されているコーティングです。コスト効率が高く、見た目もすっきりしており、白色亜鉛、黄色亜鉛、黒色亜鉛、オリーブドラブなどの複数の仕上げが用意されています。ただし、耐食性は亜鉛系皮膜の中では比較的弱いです。従来の電気亜鉛めっきの中性塩水噴霧 (NSS) 寿命は 72 時間以内です。高度なシーリング剤を使用すると、塩水噴霧耐性は 200 時間を超える可能性がありますが、コストは通常​​の亜鉛メッキより 5 ～ 8 倍高くなります。

電気めっきプロセスでは水素脆化が起こりやすくなります。したがって、グレード 10.9 以上の高力ボルトには通常の電気亜鉛めっきが禁止されています。ベーク脱水素処理は可能ですが、60℃以上では不動態皮膜が損傷します。したがって、電気めっきの後、不動態化の前に脱水素を実行する必要があり、操作が複雑になり、コストが高くなります。ほとんどのメーカーは、顧客から特別な要求がない限り、脱水素処理を行いません。

電気亜鉛メッキされた留め具は、トルクと予荷重の一貫性が低く不安定であるため、通常、重要な構造接続には使用されません。めっき後に潤滑剤コーティングを施すことで、トルクの安定性と予圧の一貫性を向上させることができます。

2. リン酸塩処理

リン酸塩処理は電気亜鉛めっきよりも安価ですが、基本的な耐食性は低くなります。効果的な保護のためにオイルシールする必要があります。通常の防錆油では NSS 耐性が 10 ～ 20 時間しか持続しませんが、高級防錆油では 2 ～ 3 倍のコストで耐摩耗性を 72 ～ 96 時間まで延長できます。

ファスナーには、リン酸亜鉛処理とリン酸マンガン処理の 2 つの主流のリン酸塩処理が施されています。リン酸亜鉛処理は、精密な組み立てのための優れた潤滑性を提供します。一方、リン酸マンガン処理は、107 度から 204 度 (225 度 F から 400 度 F) の動作温度範囲で優れた耐食性と耐摩耗性を提供します。

リン酸塩処理の最大の利点は、トルクとプリロードの優れた一貫性であり、安定した正確なアセンブリプリロードを保証します。これは、鉄骨構造アセンブリ、エンジンコンロッドボルト、シリンダーヘッドボルト、メインベアリングファスナー、フライホイールおよびホイールボルトなどの重要な産業接続に広く使用されています。また、リン酸塩処理は水素脆化を起こさないため、10.9級以上の高力ボルトの標準表面処理となっています。

3. オキサイドブルーイング（四三酸化鉄皮膜）

ブルーイング プラス オイル シーリングは、工業用ファスナーの最も低コストな表面処理であり、見た目も整っていて、乾燥した屋内環境に適しています。黒色酸化皮膜自体には防食能力はほとんどなく、表面の油分保護に全面的に依存します。油がないと表面がすぐに錆びてしまいます。オイルシールの青いファスナーの NSS 耐性はわずか 3 ～ 5 時間です。

青く変色したファスナーは、トルクとプリロードの一貫性が低くなります。組み立て前にネジの表面に潤滑グリースを塗布すると、かみ合いの品質と予圧の安定性が向上します。

4. カドミウムメッキ

カドミウムめっきは、従来の処理と比較して優れた耐食性、特に海洋環境における塩水噴霧性能に優れています。しかし、廃水処理は難しく環境に有害であり、生産コストは電気亜鉛めっきの約 15 ～ 20 倍と非常に高くなります。海洋掘削プラットフォームや航空宇宙用ファスナーなどの過酷な使用条件にのみ採用されており、一般産業ではほとんど使用されません。カドミウムめっきも水素脆化を誘発するため、超合金めっきには適していません。高力ボルト.

5.クロムメッキ

クロムコーティングは大気環境において化学的に安定しており、優れた光沢保持性、高硬度、優れた耐摩耗性を備えています。留め具のクロムメッキは主に装飾目的で使用されます。ステンレス鋼に匹敵するほどコストが高いため、重荷重の防食用途にはほとんど使用されません。ステンレス鋼が強度要件を満たせない場合にのみ適用されます。

クロムめっきには、密着性と耐食性を確保するために銅とニッケルの下塗りが必要です。コーティングは最大 650 度 (1200 度 F) の高温に耐えることができますが、高強度ボルトには水素脆化が潜在的なリスクとして残ります。

6.銀メッキ＆ニッケルメッキ

シルバーメッキにより耐食性と固体潤滑性を両立。 870度（1600度F）までの温度でも安定した性能を維持し、高温条件下でのねじの酸化や焼き付きを効果的に防止します。コストの関係から、主に高温機器のナットや精密小ボルトに使用されます。

ニッケルメッキは主に、自動車バッテリーの端子留め具など、耐食性と導電性の両方が必要な用途に使用されます。

7. 溶融亜鉛めっき (HDG)

溶融亜鉛めっきは、厚さ15～100μmの耐食性に優れた高温熱拡散亜鉛めっきで、屋外の重機などに広く使用されています。厚さの均一性が悪く、製造中の亜鉛残留物や亜鉛蒸気によって引き起こされる深刻な環境汚染に悩まされています。

コーティングが厚いと、糸詰まりやかみ合わせが困難になることがよくあります。一般的な解決策には、亜鉛メッキ後にめねじをタップする（部分的なコーティングが損傷し、耐食性が低下します）、または亜鉛メッキ前にナットのネジ穴を 0.16 ～ 0.75 mm 事前に拡大する（構造強度がわずかに低下します）ことが含まれます。 Spiralock の緩み止めネジの設計は、完全な耐食性と機械的強度を維持しながら厚いコーティングに対応することで、この問題を解決できます。

処理温度が高いため、金属組織が変化します。熱処理ボルト溶融亜鉛めっきは、グレード 10.9 以上のファスナーには禁止されています。

8. 粉末亜鉛の拡散

粉末亜鉛拡散は、ねじ山や止まり穴などの複雑な表面に均一なコーティングを形成する固体冶金熱拡散プロセスです。膜厚は10～110μmで膜厚誤差は10%以内です。あらゆる亜鉛ベースの処理の中で、汚染や水素脆化がなく、最高の接合強度と腐食安定性を実現し、高精度、高強度、高耐食性のファスナーに最適です。

9.ダクロメットコーティング

ダクロメット (亜鉛クロムコーティング) は、水素脆化のリスクがゼロであり、トルクと予圧の優れた一貫性が特徴です。優れた塩水噴霧耐性、高温安定性、耐化学腐食性を備え、異種金属接触による電気腐食や酸化脆化を効果的に防止します。六価クロムの環境規制を除けば、極度の耐食性が要求される高強度ファスナーに最適な表面処理の 1 つです。

一般的な Dacromet グレードには 9028、G917、G980 があり、シルバーとブラック仕上げで入手できます。グレード 9028 は、従来の防食用の経済的な配合です。 G917 は、複雑な媒体環境に対して優れた耐薬品性を提供します。 G980 は、200 度を超える連続使用に耐える優れた高温耐性を提供します。

ELV、WEEE、および RoHS 環境指令に準拠した Dacromet は、自動車、家電、建設業界で広く使用されています。自動車の排気熱シールド、ラジエーター、シャーシ部品、ガスメーター、海洋機器などの高温で腐食性の高い部品に適しています。