达克罗工艺及应用探讨

孙 媛，秦 健

(1.北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西 西安 710000；2.苏州纽威阀门股份有限公司，江苏 苏州 215000)

碳钢阀门中采用的一些小零件，特别是碳钢紧固件等产品，由于其极易产生锈蚀，通常需要采用表面处理的方式来对其进行保护，减缓其锈蚀的速度，保证阀门的安全使用。以往的金属腐蚀工艺主要有电镀锌、热镀浸锌等，近几年又有了机械镀锌。上述方式中，电镀锌表面光滑，但结合力不强，且厚度很难增加，因此防腐性能也不好(只有热镀锌的十分之一)；而热镀锌热量大、污染严重、质量参差不齐。对于M12以下的紧固件来说，使用热镀锌工艺不合格率会急剧增高，对于M8以下的紧固件来说，热镀锌工艺将不再适用，这是由于锌的热熔液具有较大的能量，对于小规格的紧固件，其螺牙处非常细微，锌液还没有来得及扩散充分即凝固，形成锌粒等不规则块状附着物，严重影响后续使用。

1 达克罗的原理及特点

达克罗是20世纪70年代由美国MCI公司开发的一种金属表面防腐技术。实质上达克罗也可以被称为锌铬涂层或者锌铝涂层，它是由英文DACROMET音译和缩写过来的。具体操作为将片状锌粉、铬粉或铝粉、去离子水等混合形成水溶性涂液，再将工件浸入涂液中充分接触，然后以一定的温度(180～300℃，根据工艺选择)来烘烤固化涂层，使工件表面形成致密的达克罗涂层。

1.1 达克罗防腐原理

对于固化工艺，不同方式的涂和烘会造成成品涂层厚度的区别，这是不同工艺间一大差异，具体要根据使用工况综合来考虑，目前采用的方式为“二涂二烘”。

达克罗的防腐性能优异，和热镀锌一样，主要从3个原理来保护基体材料。

(1)屏蔽作用。完整的涂层阻隔了基体材料和空气，使腐蚀需要的氧元素缺少，从而达到防腐的目的。

(2)钝化作用。达克罗涂层暴露在空气中，会与空气中的氧和水汽产生氧化物，这种氧化物是比较稳定的，可以阻止涂层进一步腐蚀。

(3)牺牲阳极作用。当涂层因为各种原因遭到破坏后，基体金属裸露在空气中，此时涂层作为阳极，基体作为阴极，大气环境作为电解质，形成原电池回路。此时涂层会优先牺牲阳极腐蚀来对基体提供阴极保护(见图1)。

1.2 达克罗防腐的优势

以上原理是达克罗和热镀锌共有的防腐原理，但达克罗相对于热镀锌来说，还有更多明显的优势。

(1)无氢脆性，不会因为酸洗过程中氢离子侵蚀钢铁基体，造成氢脆发生。

(2)涂层薄，更易掌控成品尺寸，不会出现类似热镀锌厚度不均匀导致最终尺寸不匹配的问题。

(3)渗透性好，对于复杂零件也适用，可以更好地覆盖全表面，而不产生涂层死角。

(4)环保性好，达克罗工艺整个过程不涉及酸洗、碱洗步骤，且镀液不含6价Cr离子，对环境非常友好。

达克罗也可作为防护的一道来设置，封闭处理是达克罗比较常见的一种后处理方式，有封闭处理的达克罗会更具防腐性能。如图2所示，根据交流阻抗的原理，需要更高的电位才能破坏维钝电位，使零件发生腐蚀，这是以理论数据为依据的判定。

2 达克罗涂层制备要求

达克罗的参考标准为国标GB/T 18684—2002。

2.1 工艺选择

对应不同工况的恶劣程度，可以根据需求有选择地制定工艺路线。工艺路线见表1。

表1 工艺路线

2.2 外观要求

一般来说，达克罗涂层的颜色为亮银色，经改性也能获得其他颜色。达克罗涂层应连续，无漏涂、气泡、剥落、裂纹、麻点、夹杂物等缺陷。涂层应基本均匀，无明显的局部过厚现象。涂层不应变色，但是允许有小黄色斑点存在。

3 涂层验收

涂层制备完成只是第一步，还需经过后续的各项检测，以及现场使用的反馈来不断调整涂层的指标，已期工艺与使用实际的最优配合。

3.1 附着力测试

涂层附着力的好坏直接影响使用寿命，如涂层附着力不好，则装配时的撞击都有可能将涂层从基体上剥落，这样就没法起到长期保护基体的作用。对于涂层附着力的测试，由于其属烤漆范畴，所以一般采用胶带法来测试，不出现涂层脱落即视为合格。

3.2 盐雾试验

对于客户而言，在阀门的紧固件上选择热镀锌也好，选择达克罗也罢，其很大一部分考虑因素是零件的防腐，特别是用在海洋或近海工况的线路中，防腐性能的好坏尤为重要。若没有良好的防腐性能，则基体螺栓、螺母等连接紧固件很容易出现腐蚀。若进一步演化为点蚀、孔蚀，则会严重影响基体材料的完整性，成为裂纹萌生的地方，最终导致紧固件断裂，不再提供紧固效果。

因此，采用盐雾试验来模拟评价，即采用盐雾试验箱，人为地制造腐蚀环境，通过腐蚀产生的时间和范围，来评判材料是否防腐耐蚀。

对于不同工艺厚度的紧固件有不同的盐雾时间要求，可以分为4个级别。盐雾试验见表2。

表2 盐雾试验

一般情况下，等级1采用“一涂一烘”工艺，等级2、3采用“二涂二烘”，而等级4或是以上都是采用“三涂三烘”或以上工艺制备。这需要根据实际工况来选择最优的等级。

对比热镀锌，热镀锌500h的盐雾时间，达克罗工艺也是可以覆盖的，防腐性能实际上是比热镀锌要高不少。

3.3 耐湿热/水试验

这两个实验其实比较相近，因为达克罗目前普遍用在汽车、家用电器等紧固件防护上，因此这两个实验可以用来收集各类电子、电器、小五金等零件的耐热、耐寒、耐湿性能。但阀门属于工业领域，从设计之初就考虑了高低温、干湿介质流通等问题，所以这两个试验肯定是可以满足，实际样品检测也没有问题。

3.4 金相观察

通过对涂层截面进行金相观察，可以更加直观地了解到涂层的厚度、与基体结合情况、是否有空隙等一系列信息，且涂层截面所测硬度也较为准确，防止基体对表面涂层(涂层很薄的情况下)的硬度影响。

使用EDS扫描电子显微镜对平面涂层截面形貌进行分析(见图3)，可以看到，通过“二涂二烘”方式制备的涂层平均厚度在12μm左右，但结合处未见明显分离，说明涂层的结合力尚可。

而对螺牙处的涂层截面形貌进行分析(见图4)，可以发现虽然工件表面不平整的地方会出现涂层变薄的现象，但由于选取的样品为M6的螺柱，其内螺牙尺寸实际上非常细密。相对于热镀锌来说，这个尺寸的紧固件仅从肉眼判断都可以发现有明显的锌粒附着，且尺寸偏差更大(约10μm)，因此达克罗在小规格紧固件上的应用是可以实现的。

4 达克罗的一些应用

达克罗目前已经广泛的应用于各行各业，最典型的是汽车和电站行业。由于达克罗的优异性能、低廉的成本、对环境友好等特点，已经得到了这些行业客户的认可。紧固件也有非常广泛地应用。

5 结语

以上对达克罗工艺防护原理及制备要求进行了介绍；从性能及适用范围与热镀锌进行了分析对比，阐明了热镀锌不适用小规格零件。列举了达克罗的典型应用，达克罗作为一种可以替代热镀锌，同时防腐性能又远远高于电镀锌的工艺，可以推广使用。