緊固件的現(xiàn)代防腐技術(shù)

金屬受到環(huán)境的影響，借著化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)所造成之破壞性侵害，稱為腐蝕，幾乎所有的金屬制品，在一定的環(huán)境中，都會有若干型態(tài)之腐蝕現(xiàn)象，而螺絲是金屬制品，自然無法避免金屬腐蝕的問題，其使用的環(huán)境及時間不同時，腐蝕的現(xiàn)象亦有明顯的差異。

以臺灣來說，臺灣地形狹小，四面環(huán)海，為海島型氣候，大氣中之鹽份及濕度極高，又有許多污染性工業(yè)，如鋼鐵、石化、火力發(fā)電等，加上近年來汽、機(jī)車大幅成長，大量排放的廢氣，使空氣中充滿腐蝕性之硫化物與氮化物氣體及微粒，這些都是造成金屬腐蝕的主要原因。

金屬腐蝕會造成巨額之設(shè)備維護(hù)成本及嚴(yán)重之經(jīng)濟(jì)損失，如因腐蝕而增加設(shè)計、制造、保養(yǎng)及維修費(fèi)用，或甚至發(fā)生危害及災(zāi)難。

螺絲的使用范圍最廣泛，數(shù)量需求亦最大，其抗蝕能力之優(yōu)劣決定其使用之耐久性，對設(shè)備之安全及可靠性有重大影響，因此研究防蝕方法，開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)代防蝕技術(shù)，是當(dāng)前重要課題。

金屬防蝕的方法主要有四方面，即控制材料本身、使用環(huán)境、材料與環(huán)境之界面及改良金屬結(jié)構(gòu)之設(shè)計，若采用完全抗腐蝕的合金來制造螺絲，除非有特別需要，否則在經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)而言是不切實(shí)際，或?qū)⒙萁z的表面與會產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境因素完全隔離，在實(shí)務(wù)上也不見得行得通，可能非常困難。

改良金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計可在某種情況下來改善特殊境況之影響，但多數(shù)螺絲之設(shè)計無法充份修改，且其保護(hù)作用亦非永久性者，因此此法不能根本解決問題，只有在界面上之防蝕，亦即表面防蝕處理是目前應(yīng)用最廣泛的方法。

表面防蝕處理是指運(yùn)用各種方法在金屬表面施加保護(hù)層，其作用是將金屬與腐蝕性的環(huán)境隔離，以抑制腐蝕過程的產(chǎn)生，或減少腐蝕性介質(zhì)與金屬表面接觸，而達(dá)到防止或減輕腐蝕的目的。

保護(hù)層應(yīng)能符合下述要求：

• 耐蝕、耐磨、高硬度；

• 結(jié)構(gòu)緊密、完整、孔隙小；

• 與基體金屬結(jié)合牢固、粘結(jié)力好；

• 均勻分布且有一定厚度。

保護(hù)層通常分為金屬涂層和非金屬涂層兩類，金屬涂層是指用耐蝕性較強(qiáng)的金屬或合金在容易腐蝕的金屬表面形成保護(hù)層，這種涂層又叫鍍層。產(chǎn)生金屬鍍層的方法和種類相當(dāng)多，其中最常見的是電鍍法，其次是熔融金屬浸鍍法(熱浸鍍)及化學(xué)表面處理。

非金屬涂層是指用有機(jī)高分子材料如油漆，及無機(jī)材料如陶瓷，在金屬設(shè)備或零件表面上形成保護(hù)層，該保護(hù)層能將基體金屬與環(huán)境介質(zhì)完全隔離，防止基體金屬因接觸腐蝕介質(zhì)而造成腐蝕。

電鍍是指在含有欲鍍金屬離子的溶液中，以被鍍之材料或物品為陰極，通過電解作用，即可在基體表面上獲得鍍層。在電解過程中，電極和電解液間之界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，陽極釋放電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極吸收電子發(fā)生還原反應(yīng)。

電鍍可為材料或物品覆蓋一層較均勻及具有良好結(jié)合力的鍍層，以改變其表面特性及外觀，達(dá)到材料保護(hù)或裝飾的目的。電鍍時須用直流電 (低電壓、大電流)，并能耐蝕性鍍層常用鋅、鎘、銅、鎳等金屬或鋅鎳、鎳錫、鎳銅、銅鋅等合金，依據(jù)鍍層與基體金屬形成電偶時的電極電位不同，可分陽極性鍍層與陰極性鍍層兩種。

熱浸鍍是把被鍍件浸入熔融的金屬液中，使其表面形成鍍層的方法。熱浸鍍層金屬的熔點(diǎn)要比基體金屬低得多，例如鋅、鋁、鉛及其合金。

用熱浸法可得相當(dāng)厚之鍍層，通常較厚于相似之電鍍者，且熱浸鍍者很少具疏孔，熱浸式鍍層一般較相同之電鍍鍍層，具有較佳之耐蝕性。在相同之腐蝕環(huán)境中，熱浸式鍍層的使用壽命較長，且有較強(qiáng)的結(jié)合力。

但是這種方法控制鍍層的厚度比較困難，通常鍍層厚度50g/m2 以上者以熱浸鍍法較容易獲得，而50g/m2 以下之鍍層厚度以電鍍法就可經(jīng)濟(jì)的獲得。

成功之熱浸鍍法，必須將底層金屬與鍍層金屬互相結(jié)合成合金，至少到某種程度，由熱浸鍍法獲得之鍍層，不只是由所用成份之被覆層，在結(jié)晶組織上，熱浸式鍍層至少具有兩層，一為內(nèi)層式合金擴(kuò)散層，一為外層式鍍層，外層基本上與所施成份未用作鍍層時有相同性質(zhì)，內(nèi)層擴(kuò)散層常很硬脆，經(jīng)彎曲后可能脫皮或裂開，故處理件不能過份變形，處理件所能忍受之變形程序，決定其采用之金屬、鍍層及其它因素，因此產(chǎn)品常于變形加工后再行熱浸鍍。

因鋅與其它電鍍用金屬相比，價格最廉，且鋅之耐蝕性在多數(shù)情況下遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鐵，鍍鋅層能保護(hù)在不連續(xù)部分、小孔、破裂及切邊處露出之鋼鐵。

所以一般的螺絲或易遭受大氣腐蝕作用的螺絲大都鍍鋅，但螺絲不像板或棒那樣形狀無變化或表面平滑，因此鍍鋅層的厚度在各部位難得均勻，常成頭部最厚，螺紋山前端其次，螺紋谷最薄。

為了配合螺絲之大量生產(chǎn)，降低成本及提高產(chǎn)量，通常采用電鍍法成桶鍍鋅的方式，此法是從桶架的電極使電流通入桶內(nèi)的導(dǎo)線，而導(dǎo)線與螺絲接觸而導(dǎo)電，同時桶轉(zhuǎn)動而攪拌螺絲，使螺絲與電極均勻接觸。然而此時電流斷斷續(xù)續(xù)，很難形成均勻之電流密度，故鍍鋅厚度也易不同。

電鍍鍍鋅可采用酸性電鍍液及堿性電鍍液兩種，酸性電鍍液以硫酸鋅為主要成份，價廉且效率大，電鍍速度快，易于管理，也比堿性電鍍液不易起氫脆性，但結(jié)晶稍粗，光澤不良，均鍍能力差。

而堿性電鍍液以氰化鋅為主要成份，雖然價格較高，但均鍍能力好，只要管理得當(dāng)，即可得有光澤的鍍層，若進(jìn)一步施行鉻酸鹽處理，即可獲得更光亮的鍍層且耐蝕性優(yōu)良。

熱浸鍍鋅也用于螺絲、螺栓及螺帽之表面防蝕，熱浸鍍鋅的螺絲比電鍍鋅的螺絲有較佳之抗蝕能力，惟成本較高，且高強(qiáng)度之結(jié)構(gòu)用螺栓不適用熱浸鍍鋅，因鍍層表面易形成硬脆，在高溫或高負(fù)荷情況時可能發(fā)生斷裂。

金屬合金可在適當(dāng)之化學(xué)溶液中于受控制之情況下形成保護(hù)性表面被覆層，即保護(hù)膜或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。因其在化學(xué)處理時，表面之金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔锱c底層金屬結(jié)成一體，故產(chǎn)生抵抗性之表面層，在物理及化學(xué)性質(zhì)上均為底層金屬的一部份。

保護(hù)膜主要用于：

• 改善金屬表面氧化膜的穩(wěn)定性，防止金屬或鍍層金屬在大氣中進(jìn)一步腐蝕；

• 使金屬銹蝕減少到最低程度；

• 提高油漆、涂料之粘縮性。

常見的化學(xué)表面處理為磷酸鹽處理、鉻酸鹽處理及氧化處理等三種。

油漆是一種有機(jī)涂料，主要用于保護(hù)金屬零件、設(shè)備及結(jié)構(gòu)以抵抗空氣之腐蝕，是用來作為被保護(hù)金屬與環(huán)境間之阻隔物。用油漆防止金屬的腐蝕已有悠久的歷史，也是一種應(yīng)用最廣及最常見之防蝕技術(shù)，施工方便，成本低廉。

油漆涂層之有效壽命，決定于油漆本身之耐久性及涂層對于被保護(hù)金屬之附著性，而油漆之適當(dāng)應(yīng)用為獲得永久性附著力及最佳保護(hù)作用之主要方法。

依據(jù)試驗顯示，影響油漆壽命最重要的一個因素是金屬表面要適當(dāng)?shù)奶幚恚惶幚碇饘俦砻姹仨殶o灰塵、油、脂、銹、氧化物及任何最初腐蝕物質(zhì)等。

這個因素比油漆本身的品質(zhì)還重要，品質(zhì)差的油漆用在表面處理良好的金屬上比品質(zhì)好的油漆用在表面處理不良的金屬上還要好。金屬表面所有的臟物、油漬和油脂可用溶劑或堿性溶液去除后再水洗，銹和氧化物可用酸洗或噴砂方式去除。

金屬表面清潔干凈后，頭道漆應(yīng)馬上涂到干燥的表面上，以達(dá)到良好的吸附，最好先涂上一層磷酸鹽再涂第一道漆。油漆通常須涂數(shù)道，涂層之次數(shù)及種類，為達(dá)成適當(dāng)防銹作用之重要因素。

陶瓷保護(hù)膜是陶瓷材料施于金屬表面以增加其對高溫氧化之抵抗性及耐熱性，對于堿類及氫氟酸以外之所有腐蝕環(huán)境皆具有良好之而腐性，并有耐磨、易清潔、悅目之外觀及良好之絕緣性等優(yōu)點(diǎn)。

陶瓷是指金屬氧化物、碳化物、硼化物、硅化物及氮化物的總稱，具有熔點(diǎn)高、硬度高、性能脆等特點(diǎn)，目前應(yīng)用較多的是氧化物和碳化物，也少量應(yīng)用硼化物及硅化物。

適當(dāng)使用噴鍍方法將熔融狀態(tài)之陶瓷材料微粒，噴附在金屬表面以形成覆蓋涂層，即陶瓷保護(hù)膜。膜厚在0.4公厘以內(nèi)者一般稱為塘瓷或琺瑯，0.4公厘以上者一般稱為玻璃襯里。

噴陶適用于高溫下使用，噴陶層可以防止金屬與合金的晶粒間腐蝕，作為腐蝕性氣體的隔絕障礙，降低熱點(diǎn)發(fā)生的機(jī)會，對于重要部位可代替低合金金屬，并可抵抗污染物的侵蝕。若使用浸鍍法， 則需于干燥后再于爐中烤干以形成附著力良好之保護(hù)層。

金屬防蝕技術(shù)之學(xué)問廣泛，內(nèi)容十分豐富，對于螺絲的腐蝕現(xiàn)象，究竟要采用那種防蝕措施，不能一概而論。例如防腐蝕的費(fèi)用遠(yuǎn)超過螺絲購買的成本，或直接更換新螺絲較為經(jīng)濟(jì)，是否有特別需要，非采用最佳防蝕效果之螺絲不可。

要妥慎選用材質(zhì)及表面處理方式，如不銹鋼、合金鋼、碳鋼或鍍鋅螺絲等，皆應(yīng)于事先周延考量，否則事后再作防蝕等補(bǔ)救措施，就更為困難，且效果不彰。

甚至只要將會造成腐蝕的環(huán)境隔離，便能有效控制腐蝕，如臺電核電廠之機(jī)組設(shè)備皆建構(gòu)于封閉之廠房內(nèi)。也有人使用一種螺絲專用之塑料帽(如RADOLID)，有各種尺寸，可將暴露大氣之螺絲或螺帽緊密覆蓋而達(dá)到防蝕效果。

另外要盡量避免將不同的金屬材料以螺絲結(jié)合，否則螺絲很容易因此兩種材料電化位能之差異造成嚴(yán)重腐蝕。所以必須依據(jù)螺絲腐蝕的原因、環(huán)境條件、防蝕的要求、各種措施防蝕效果，及成本與經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合考量，決定最經(jīng)濟(jì)有效之防蝕措施，達(dá)成防蝕的目的。