鋼製ファスナー上の亜鉛ニッケル合金コーティングの特性に関する研究

亜鉛ニッケル合金皮膜は基本的に水素脆化がなく、耐食性に優れているため、鋼製ファスナーの保護層として適しています。 電気めっき亜鉛ニッケル合金プロセス試験を通じて、亜鉛ニッケル合金コーティングの外観と厚さ、ニッケル含有量、結合強度、耐食性、および塗装のマッチングを分析および研究します。 結果は、電気めっきされた亜鉛ニッケル合金が、鋼製ファスナーに適した信頼性が高くコスト効率の高い保護層であることを示しています。

現在、亜鉛メッキはスチール製ファスナーの防食表面処理として最も広く使用されています。 一般に、屋内用ファスナーは主に装飾用と考えられており、そのほとんどは好ましい表面処理方法として電気亜鉛メッキを使用しています。屋外用ファスナーは主に耐食性があります。 表面保護層には電気亜鉛メッキのほかに溶融亜鉛メッキも選択されています（主に上記M10ファスナー）。 しかし、高湿度や塩水噴霧が多い海洋環境など、特に過酷な屋外環境では、亜鉛メッキファスナーの耐食性が使用要件を満たすのが難しいことがよくあります。 電気めっきされたカドミウム層は海洋環境において優れた耐食性を示し、人々は海洋環境における保護層の留め具としてカドミウムめっき層を使用し始め、その効果はより優れています[1,2]。 私の国は環境保護を非常に重視しているため、カドミウムめっきプロセスは、旧国家経済貿易委員会が公布した「後進的な生産プロセスと製品の排除」のカタログに含まれています。 したがって、カドミウムめっきの代替プロセスの研究を行うことが非常に必要です。

1980年代初頭、我が国は亜鉛合金の電気めっきの分野で研究を開始し、さまざまな亜鉛ニッケル合金の電気めっきプロセスを次々に開発、応用しました。 亜鉛-ニッケル合金皮膜のニッケル含有量が8%～15%（最適値は13%）の場合、耐食性が優れ、同じ厚さの亜鉛皮膜の約3～5倍になります。ニッケル含有量は 15% 未満の亜鉛ニッケル合金コーティングも不動態化することができ、不動態化後は耐食性が大幅に向上します。亜鉛-ニッケル合金コーティングは基本的に水素脆化がなく、溶接性と延性も良好です[3]。 したがって、亜鉛ニッケル合金コーティングは、ファスナーに適した成熟した合理的な保護層です。 この論文では、関連するプロセス試験を通じて、亜鉛ニッケル合金コーティングの性能を分析および研究します。

1. 実験部分

1.1 サンプル

サンプルは六角穴付きネジ、ねじ仕様 du003dM6、呼び長さ Lu003d20mm、性能レベル 8.8、材質 45# 鋼です。

1.2 処理の流れ

脱脂→熱水洗浄→冷水洗浄→弱浸食→２段階冷水洗浄→亜鉛ニッケル合金電気めっき→２段階冷水洗浄→不動態化→冷水洗浄→熱水洗浄→乾燥。

2. 結果と考察

2.1 塗膜の外観と膜厚

亜鉛ニッケル合金コーティングは不動態化され、明るい虹色の不動態皮膜を形成します。

亜鉛ニッケル合金コーティングが厚ければ厚いほど、保護寿命は長くなります。 コーティングの厚さは、ファスナーのねじ隙間を考慮して選択されるのが一般的です（5μm～10μm）[4]。 この実験では、ネジサンプルのコーティングを携帯用膜厚計で検査したところ、その厚さは約8μmでした。

2.2 コーティング中のニッケル含有量

蛍光 X 線分光法 (XRF) を使用して亜鉛ニッケル合金コーティングを分析すると、コーティング中のニッケル含有量が約 8% であることがわかります。

2.3 塗膜強度

スクリューサンプルを 200°C で 1 時間保持し、室温まで急冷した後、コーティングは基材に十分に接着します。

鋼球摩擦研磨試験（GB5270-85）後、ネジサンプルを溝に入れて電気めっきしたサンプルプレート（材質：st12）は、皮膜は無傷であり、基材からの皮膜剥離などの現象はありません。

結果は、亜鉛-ニッケル合金コーティングと基材の結合強度が良好であることを示しています。

2.4 塗装の耐食性

GB/T10125 によると、中性塩水噴霧試験 (NSS) が実施され、亜鉛メッキ (カラー不動態化) ネジと比較して、亜鉛 - ニッケル合金コーティングの耐食性は亜鉛コーティングの耐食性より優れています。 研究によると[5]、亜鉛ニッケル合金コーティングが腐食すると、ニッケルの存在によりその腐食生成物が ZnCl24Zn(OH)2 となり、表面が均一かつ緻密に覆われ、電気を通しにくくなります。したがって、コーティングに保護効果があります。さらに、ニッケルは陰極プロセスを抑制する効果があり、これも耐食性の向上に役立ちます。 ただし、亜鉛コーティングの腐食生成物は主に、保護されていない緩んだ半導体 ZnO です。 これらの理由により、表 2 のテスト結果が合理的に説明されます。

2.5 コーティングと塗料のマッチング

サンプルプレート（材質：st12、亜鉛ニッケル合金塗膜厚さ約8μm）を用いて、各種プライマーとの適合性を調査し、SJ/規格に準拠してプライマーの密着強度を試験します。 GB/T1732 による T10674 この方法はプライマーの耐衝撃性をテストするために使用され、亜鉛ニッケル合金コーティングはエポキシおよびポリウレタンプライマーと良好に適合します。

亜鉛ニッケル合金コーティングは、操作が簡単でコスト効率の高いスチール製ファスナーの保護方法です。有機コーティングと組み合わせて使用​​すると、スチール製ファスナーの信頼できる長期保護方法となります。 ただし、電気亜鉛めっき（または溶融亜鉛めっき）に比べて、電気亜鉛めっきニッケル合金液のメンテナンスが面倒です。 一般に、電気めっき溶液は毎週分析して調整する必要があります。 将来的には、メンテナンスが容易な電気めっき亜鉛ニッケル合金溶液の開発が開発の方向性となります。