ASTM标准A1059/A1059M-08：钢铁紧固件、五金器具和其他产品的锌合金热扩散涂层

标准规范

天津市先知邦渗锌金属制品有限公司

2009年2月钢铁紧固件、五金器具和其他产品的锌合金热扩散涂层标准规范1

本标准规范的发布采用规定的A1059/A 1059M编号名称；紧随编号名称后的数字是开始使用年代、或在修订版本中为最后修改年代。在圆括号内的数字表示最后正式批准的年代。上标(ε)表示对最后修订或正式批准版本的一种编辑修订版。

1、范围

1．1 本规范包括热扩散涂层(T hermo-Diffusion Coating—TDC)加工方法制备锌防护涂层(在以下文中简称为涂层)的一般要求，该涂层适用于各种由碳钢制造的产品，不仅包括锻造铁、烧结粉末钢铁和各种钢及不锈合金构件，而且还包括低和高拉伸性能构件。热扩散涂层采用将构件包埋在锌合金粉末中在升高到一定温度后保持一段时间的方法制备，这样将在锌/铁之间产生一种冶金扩散作用。随后还可以在涂层表面进行其它加工处理，例如，钝化、表面涂层或涂装处理等。

1．2 本规范适用的单位制可以是英-磅单位(用A1059)，也可以是国际(SI)单位(用A1059M)。英-磅和国际(SI)单位制之间并不必须是精确等效的。在本规范的适当文本处，用括号中的数值表示国际(SI)单位。每一种单位制系统必须使用，相互之间不应有任何数据换算与结合。当采用国际单位制(SI)时，全部试验和检测都必须采用适当的与国际(米)单位制等效的试验或检测方法；而当采用英-磅单位制时应采用上述相同的处理方式。

1．3 本规范不承诺说明了全部的安全事项，如果有仅限于本规范的使用范围。建立合适的安全和健康操作规程并确定本规范的适用性是用户的责任。

2、参考标准文献

2．1 ASTM标准2：

A 90/A 90M 钢铁构件上锌或锌合金涂层的涂层重量(质量)试验方法；

A 385 提供高质量锌涂层(热浸镀锌)的操作规程；

A 700 钢产品货运的装载、标志和包装的操作规程；

A 902 与金属涂层钢铁产品有关的术语；

B 487 采用金相显微镜检测法测量金属和氧化物涂层厚度的试验方法；

D 521 锌粉化学分析试验方法；

D 6386 钢铁产品锌涂层(热浸镀锌)和五金器具表面涂装的预处理操作规程；

E 376 采用磁性或涡流检测法测量涂层厚度的操作规程；

F 17 F16机械紧固件的术语；

F 2329 应用于碳和合金钢螺钉、螺丝钉、垫圈、螺帽和特殊螺纹紧固件的锌涂层、热浸

镀锌层的详细要求规范

F 2674 应用于碳和合金钢螺钉、螺丝钉、垫圈、螺帽和特殊螺纹紧固件的锌涂层、热浸

镀锌层的详细要求规范[米单位制]。

注释：1、本规范在ASTM委员会中其权限归口钢铁产品金属涂层A05分委会，并且制订结构形状和五金器具规范的A05-13分委员会对本规范同样有直接责任。当前版本于2008年11月15日正式批准，2008年11月出版发行。

2、对本规范所参考的ASTM标准，请访问ASTM网站：www.astm.org，或与ASTM客户服务部service@astm.org

联系。需要了解ASTM标准汇编信息年报，参见ASTM网站上的标准文件摘要页。

3、术语解释

3．1 下面的名词术语和定义仅针对本规范。标准A902中包括与金属涂层钢铁产品有关的其它名词术语和定义。比标准F17中包括与机械紧固件有关的其它名词术语和定义。

3．2 针对本规范的名词术语定义：

3．2．1 热扩散涂层过程—将钢铁产品与锌粉或锌混合剂紧密接触条件下进行加热的一种加工过程。

3．2．2 热扩散涂层—采用热扩散涂层过程制备的一种涂层，由锌/铁合金组成。

3．2．3 锌粉—对钢铁产品提供腐蚀保护作用的涂层材料。

3．2．4 锌混合剂—将锌粉和其它金属材料混合在一起用来作为热扩散涂层过程中的一种涂层材料。

4、用户定货单信息

4．1 要求提供本规范涂层的定货单必须包括以下信息：

4．1．1 数量(需要进行涂层加工的构件数目)和总重量。

4．1．2 种类(产品的尺寸和类型)和重量。

4．1．3 ASTM规范名称和发行年代。

4．1．4 材质证明(见5.1)和表面状态或污染物。

4．1．5 抽样方法，如果与第8节不同。

4．1．6 特殊试验要求，如果与第9节(见9.1)不同。

4．1．7 特殊要求(特殊堆放方式、更厚的涂层重量等)。

4．1．8 辨别标签或标示条的方法。

4．2 其它附加信息：在一定的状况下可能需要提供其它的附加信息。此时用户需要向供应商提供以下附加信息：

4．2．1 任何可能的由于加工温度达到1092°F [500°C]时对母材冶金性能所造成的影响。

4．2．2 用户确认的构件关键表面区域。这一区域必须明确用图示表示出来、或提供带有适当记号标识的构件样品。

4．2．3 当对螺钉和螺帽进行加工时，任何关键的厚度公差容限范围。其要求必须在产品图示中和定货单上标明。

4．2．4 任何特殊的前处理要求、或所存在的其他材料、润滑剂、剥离材料、预存在的腐蚀等。

4．2．5 是否需要质量证明书。

5、材料和加工

5．1 需要进行锌涂层加工产品的设计要求细节见A385操作规程。下面提供的要求是制备一种高质量锌涂层所必须满足的规定。

5．1．1 进行锌涂层加工的产品包括各种零件和各种尺寸的组合件：锻压件、铸造件、铸件、机械加工产品(螺帽、垫圈、螺钉、铁钉、链条、小圆钢坯件、管道固定连接件等)。当对长尺寸构件(管道、圆棒等)加工涂层时，需要适当的生产设备。

5．1．2 应保证被加工产品即没有口袋状结构、也没有封闭的空洞结构。产品上全部的凹形空洞必须是扩散混合剂能达到的位置。不可能在一个零件的某个单独的位置加工涂层，如果在这些空洞位置不需要加工涂层，则必须在有关文件中明确说明。

5．1．3 采用锌涂层的紧固件必须满足紧固件制造商所提供的证明书中的载荷标准要求。

5．1．4 产品(零件)包含软钎焊或树脂的不能用锌涂层。

5．1．5 对紧固件要求：在加工涂层前螺纹的最大偏差必须符合紧固件螺纹标准。如果涂层增加厚度，必须分别对外和内螺纹涂层提供附加间隙要求，或同时对外和内螺纹涂层提供附加间隙要求。采用热扩散锌涂层紧固件的具体间隙要求见规范F2329和F2674。

5．2 对材料和基体表面的要求：

5．2．1 这不仅适用于低合金钢、不锈钢、生铁和铜材料，而且适用于标准质量碳钢、高质量结构碳和低碳钢产品。

5．2．2 在被加工产品表面不允许出现下列缺陷：

5．2．2．1 辊轧的刻痕、毛刺；

5．2．2．2 分离层和包括由于酸洗、打磨和其它处理产生的裂纹；

5．2．2．3 腐蚀损伤、气孔和空洞。

5．2．3 铸件和锻造产品表面不允许出现砂眼、气孔和缩孔、熔渣和熔剂污染物。

5．2．4 热轧零件表面必须洁净，无刻痕、酸洗淤泥、母材金属的腐蚀产物和其它污染物。

5．2．5 在机械加工后，零件表面不允许存在可见油层、冷却剂、金属碎片、毛刺、灰尘和腐蚀产物，以及外来金属颗粒嵌入物。

5．2．6 除了有明确技术要求外，被加工产品的尖锐边角和棱边应具有至少0.001英寸[0.3mm]的过渡半径。

5．2．7 在热处理后，零件表面不允许存在砂眼、气孔、腐蚀孔、分离层和屈曲变形。

5．2．8 被加工零件上的焊缝、钎焊和铜焊接头的全部边界表面必须擦磨明亮。

5．2．9 在加工涂层前，被加工零件表面必须进行除油污(用化学方法或加热方法)、酸洗或研磨喷砂处理，以保证洁净表面。

5．2．10 被加工零件表面的洁净程度必须符合D6386操作规程。

5．2．11 在没有冷凝液沉淀的条件下，加工锌涂层的零件表面进行前处理后，其零件放置期限不能超过24小时。

5．2．12依据D521试验方法规定，加工涂层所用的锌粉其湿度应不大于1.5%。

6、化学成分

6．1 本规范所描述的方法产生一种锌/铁化合物层：由Gamma(γ)层(扩散固溶到铁基体内的锌离子层)、Delta(δ)层(Fe11Zn40)和Zeta(ζ)层(FeZn7)组成，不包括外部无锌的Eta(η)层。

6．2 在热扩散涂层加工过程中采用的锌混合剂必须包括质量分数不小于94%的一种金属锌粉，其中总杂质(而不是金属锌氧化物)含量的质量分数不应超过2%。

6．3 必须指出的是：在大气环境和加速腐蚀试验环境下，有证据表明这种涂层在早期会在表面局部呈现红色斑块；然而已发现这种色斑与基体钢材的腐蚀不相关，而是存在于涂层表面的锌-铁离子在表面产生的氧化物。

7、涂层外观及质量

7．1 涂层外观：

7．1．1 涂层必须是单调灰色、光滑和合理地均匀分布。表面光滑度是一种相对状态，不影响零件使用目的较小粗糙度、或与未涂层前比较零件表面可以接受的粗糙度，不应作为拒绝的条件。

7．1．2 涂层不应有鼓胀、砂眼、切口、剥落和内嵌石英砂。

7．1．3 在涂层表面呈现的黑灰色点(涂层颜色发生变化、而没有厚度变化)，其数量不超过被加工产品总表面的5%时，是允许存在的。

7．1．4由于被加工产品相互接触、测量工具的接触等所造成的表面划痕，当没有损伤涂层、没有导致基体金属暴露时，是允许存在的。

7．1．5 不允许在零件表面存在加工过程的残余混合剂。

7．1．6 涂层厚度依赖于零件服役的条件，必须在被加工产品规范中明确说明，符合表1所规定的数据。

表 1 各种涂层等级的锌涂层厚度或重量[质量]

涂层等级最小涂层重量[质量]：oz/ft2(g/m2) 最小涂层厚度：mils(μm)

130 110 90 80 70 65 55 50 45 40 25 12 3.02 (922)

2.50 (765)

2.05 (627)

1.82 (557)

1.59 (487)

1.48 (453)

1.25 (383)

1.14 (348)

1.02 (313)

0.91 (278)

0.57 (174)

0.27 (84)

5.14 (130)

4.33 (110)

3.54 (90)

3.15 (80)

2.76 (70)

2.56 (65)

2.17 (55)

1.97 (50)

1.77 (45)

1.57 (40)

0.98 (25)

0.47 (12)

8、抽样

8．1 试验试样必须随机地从每批加工产品中选择。

8．2 抽样选择方法和样本数量必须用供应商和用户双方共认的方法进行。否则，从每批产品中样本数量的选择应按以下要求进行：

表 2 抽样数量确定

每批产品数量(件数) 样本数量

1-3

4-500 501-1200 1201-3200 3201-10000 >10000 全部3 5 8 13 20

9、试验数量和重复试验

9．1 必须对加工锌涂层外观和厚度进行试验检测。

9．2 每批加工锌涂层的零件都必须进行试验检测。必须将相同类型、数量和相同生产循环下的零件作为同一批次的一组检测试样。

9．3 必须对每批中约10%的零件和单个生产情况下的每个零件进行外观检测。

9．4 每批中至少要对三个零件进行涂层厚度检测。

9．5 当采用金相显微镜检测法时(仲裁方法)，允许在每批中试验检测一个零件。

9．6 必须在涂层附加处理(施加保护润滑剂等)前对涂层厚度进行检测。应选择零件无螺纹的截面处进行涂层厚度检测。

9．7 对螺栓上具有螺纹部分的涂层厚度不要求进行检测，但是必须保证涂层加工工艺的正确性。在开发涂层过程中，建议考虑ISO中对紧固件螺纹的要求。

9．8 应采用涂层厚度测量值的一种算术平均值表示厚度值。

9．9 如果所测量的厚度结果不满足要求，则必须用原来两倍的零件数量重新进行检测。

10、试样准备

10．1 试验用的试样不应进行任何清洁过程，并且必须在最后的涂层加工过程(包括钝化和其他后处理涂层)完成后进行试验。

11、试验方法

11．1 涂层外观检测：涂层外观必须在距表面10英寸[25cm]处用肉眼宏观观测进行检验。光线亮度必须至少为300Lx(约为60W灯泡在60cm处的亮度)。

11．2 涂层厚度试验：

11．2．1 磁性检测法

11．2．1．1 这种方法基于随涂层厚度变化的磁阻进行检测，按E376的操作规程进行测量。磁性厚度标准尺也必须作为测量仪器使用。

11．2．1．2 至少应用一个零件表面边界和中心的三个测量值的算术平均值作为涂层厚度的测量结果。

11．2．2 金相显微镜检测法(仲裁方法)—这种方法利用金相显微镜检测金相试样截面来测量涂层厚度，按B487试验方法要求进行测量。检测时至少应在约0.4英寸[1cm]的线性面积内等距离测量5个位置的涂层厚度值，然后计算全部值的算术平均值作为测量结果。

11．2．3 溶解称重法—溶解称重法应用来确定涂层的平均厚度。这种方法对具有代表性试样在加工涂层前后的重量进行称重、然后再对具有代表性试样有涂层时和采用A90/90M试验方法溶解除去涂层后的重量进行称重。

12、证明书

12．1 当在用户定货单或合同中详细说明检测要求后，供应商必须向用户提供检测证明书，以证明供应商依据本规范要求对每批产品都进行了抽样试验或检测。当在用户定货单或合同中详细说明检测要求后，必须向用户提供试验结果报告。

13、包装和标志

美国ASTM标准：钢铁紧固件、五金器具和其他产品的锌合金热扩散涂层 ASTM A1059/A A1059M：2008

13．1 除非用户在定货单中有详细的说明，否则被加工涂层产品必须依据A700操作规程进行包装、运输和储存。

14、关键词

14．1 涂层、锌；涂锌的紧固件；涂锌的铁产品；涂锌的钢五金器具；涂金属的钢产品；锌涂层钢产品。

附录

(一般信息)

X1、涂层特征

X1.1 热扩散锌涂层相对含铁金属是阳极，它对钢铁提供电化学保护作用以防止其腐蚀。

X1.2 热扩散产生一种硬表面涂层，通常硬度超过35HRC，取决于涂层加工过程参数。

X1.3 热扩散加工过程不会产生氢脆。

X1.4 由于加工涂层表面具有一些针孔，热扩散涂层的零件具有优异的与其它各种表面涂层和涂料相结合的特性。

X1.5 热扩散锌涂层是采用将零件与由锌粉和合金元素组成的扩散混合剂混合后放在一个密封

容器中进行加热的方法获得。一般而言，热扩散锌涂层的工作温度范围在710°F到1092°F [320°C到500°C]之间。

X1.6 由于涂层加工过程具有充分长的时间，热扩散锌涂层适用于在这些温度下材料性能不会改变的零件加工。

X1.7 所获得的涂层将精确地沿着零件的外形轮廓线，在整个表面上涂层厚度将非常均匀地分布，包括复杂形状的零件表面也是如此(如螺纹连接件等)。

X1.8 当加工热扩散涂层时，需要将零件放置在一个容器中。由于零件的尺寸受到容器尺寸的，因此必须采用适当尺寸的容器。

X1.9 由于锌和铁的相互扩散作用，热扩散涂层与母材金属之间具有很强的附着强度。

X1.10 热扩散涂层主要由含4-10%铁的锌-铁δ1相组成。

X1.11 由于涂层中存在铁元素的原因，在环境湿度或冷凝液增加的影响下，涂层表面可能会出现红色斑块或褐色斑点。这是由于涂层中铁离子释放的原因所引起的，这些离子很容易用水冲洗掉。

X1.12 涂层与母材金属的腐蚀产物很难区分开，此时涂层的存在必须采用金相显微镜检测法和失重试验法进行检测。

(2009年2月6日)

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