弹簧表面处理方法

弹簧的表面处理

弹簧的腐蚀按其反应的类型可分为化学腐蚀及电化学腐蚀。它们都是弹簧表面金属原

子的变化或电子得失变成离子状态的结果。

如果弹簧表面金属只单纯与周围介质发生化学反应，而弹簧引起腐蚀称化学腐蚀。

例如弹簧在特别干燥的大气中氧化生成氧化膜，以及弹簧在非电解质液体中与该液体

或该液体中的杂质发生化学变化等，属于化学腐蚀。

如果弹簧与电解质溶液接触，由于微电池的作用而产生的腐蚀叫电化学腐蚀。例

如弹簧与酸性或盐类溶液接触，这类溶液都是电解质，由于弹簧表面的缺陷或杂质等

原因而形成电位差不同的电极以致弹簧不断受到电解腐蚀；又例如弹簧处在潮湿大气

中，由于大气中的水蒸气在弹簧表面上凝成水膜或水珠，加上大气中的腐蚀性气体(如工业废气中的二氧化硫和硫化氢或海洋大气中的盐雾等)溶解于水膜或水珠中形成电

解质。再加上弹簧金属的杂质或缺陷亦可形成电位差不同的电极，弹簧亦产生电解腐

蚀。这些都属电化学腐蚀。

弹簧受化学腐蚀是少量的、缓慢的，而受电化学腐蚀是主要的、普遍的。但一般

来讲化学腐蚀与电化学腐蚀是同时存在的。

弹簧在制造、存放、使用等过程中，经常会遭受周围介质的腐蚀。由于弹簧在工

作时是靠弹力发挥作用，弹簧被腐蚀后弹力会发生改变而丧失功能。所以防止弹簧的

腐蚀可以保证弹簧的工作稳定，并延长其使用寿命。

弹簧的防腐方法一般采用保护层，根据保护层的性质可分为：金属保护层、化学

保护层、非金属保护层和暂时性保护层等，在此着重介绍前三种方法。

不锈钢弹簧和铜线弹簧本身就具有一定防腐能力，所以一般不进行防腐处理。

1、弹簧的金属保护层

金属保护层种类很多，就弹簧而言，一般是用电镀金方法以获得金属保护层。电

镀保护层不但可以保护不受腐蚀，同时能改善弹簧的外观。有些电镀金属还能改善弹

簧的工作性能，例如提高表面硬度，增加抗磨损力，提高热稳定性，防止射线腐蚀等。

但如果单纯为了弹簧的腐蚀，一般应选用电镀锌层与电镀镉层。

锌在干燥的空气中较安定，几乎不发生变化，不易变色。在潮湿的空气中会生成一层氧化锌或碳式碳酸锌的白色薄膜。这层致密的薄膜可阻止继续遭受腐蚀。因此镀

锌层用于弹簧在一般大气条件下防腐蚀保护层。凡与硫酸、盐酸、苛性钠等溶液相接

触，以及在三氧化硫等气氛的潮湿空气中工作的弹簧，均不宜用锌镀层。

一般镀锌层后经钝化处理，钝化可提高镀层的保护性能和增加表面美观。

在海洋性或高温的大气中，以及与海水接触的弹簧，在70°Ｃ热水中使用的弹簧，镉比较安定，耐腐蚀性能较强。镉镀层比锌镀层光亮美观、质软、可塑性比锌好，镀

层氢脆性小，最适宜于弹簧作保护层。但镉稀少、价昂贵、且镉盐毒性大，对环境污

染很厉害。因此，在使用上受到限制。故大多数只在航空、航海及电子工业所用的弹

簧才使用镉镀层作保护层。

为了提高镉镀层的防蚀性能，可在镀后进行钝化处理。

锌与镉镀层的厚度决定着保护能力的高低。厚度的大小一般应根据使用时工作环

境来选择，镀锌层硬度推荐在6~24μm范围内选取；镀镉层厚度推荐在6~12μm范围内选取。

弹簧的镀锌和镀镉是在氰化电解液中进行的。在电镀过程中，除镀上锌或镉外，

还有一部分还原的氢渗透入到镀层和基体金属的晶格中去，造成内应力，使弹簧上的

镀层和弹簧变脆，也叫氢脆。由于弹簧材料的强度很高，再加上弹簧成形时的变形很

大，因此，对氢脆特别敏感，如不及时去氢，往往会造成弹簧的断裂。为了消除电镀

过程中产生的一些缺陷，改善弹簧的物理化学性能，延长弹簧的使用寿命，提高镀层

的抗蚀能力，必须进行镀后处理，即除氢处理。除氢处理是在电镀后，立即或者在几

小时之内进行。将电镀后的弹簧在200~215°Ｃ的温度中，加热1~2h(或2h以上,如果时间过长容易产生铬脆)，即可达到除氢的目的。

除氢一般在烘箱中进行。除氢效果与温度、时间、电镀后的停留时间等有关。一

般来说，温度高、加热时间长，镀后停顿时间短，其除氢效果就好。故对弹簧除氢温

度选择可高一些。

金属保护层，除上述的镀锌和镀镉外，还有镀铜、镀铬、镀镍、镀锡、镀银、镀

锌钛合金等，弹簧设计者可根据弹簧工作的场合选择镀层。

2、弹簧的化学保护层

利用化学反应的方法使弹簧表面生成一层致密的保护膜，以防止弹簧腐蚀。通常

采用氧化处理与磷化处理。

氧化处理与磷化处理，成本低、生产效率高，一般弹簧制造厂均采用氧化处理，

作为防腐蚀性处理。

(1)氧化处理钢的氧化处理亦称发蓝、发黑、煮黑。氧化处理后，弹簧表面生成

保护性的磁性氧化铁，此氧化膜一般呈蓝色或黑色，也有时呈黑褐色。其颜色决定于

弹簧的表面状态、弹簧材料的化学成分和氧化处理工艺。

氧化处理的方法有：咸性氧化法、无碱氧化法和电解氧化法。以采用碱性氧化法

为多。

碱性氧化法是将弹簧放入温度140°Ｃ左右，含有氧化剂的氢氧化钠溶液中浸泡一

定时间，氧化剂和氢氧化钠与铁作用，生成亚铁酸钠和铁酸钠，再相互反应，生成磁

性氧化铁。

氧化膜层的厚度约为0.6~2μm。氧化膜虽能提高弹簧的耐腐蚀性，但由于膜薄，

而且有气孔，所以它的保护能力较差，只能用于在腐蚀性不强的介质中工作的弹簧。

其防腐性能的高低取决于氧化膜的致密程度和它的厚度，因而也就是决定于氧化处理

的氢氧化钠浓度、氧化剂浓度、溶液的温度等因素。

为了提高氧化膜的防腐性和润滑能力，应该加强氧化处理前后的处理。氧化处理

前须将弹簧表面的锈蚀、氧化皮、油污、热处理的盐渣、表面接触层等进行彻底的清

除。氧化处理后，通常是将弹簧在肥皂溶液或重铬酸盐中进行填充处理，而后用流动

温水洗净、吹干或烘干，最后再上水膜置换防锈油或上一定温度的机械油进行浸油处

理。

氧化处理对某些热轧弹簧材料的表面晶界有所浸蚀，这在一定程度上会降低疲劳

强度，因而，在采作氧化处理时应慎重。

传统的氧化处理是需要加温进行的。近几年来，国内也有些制造单位使用常温发

黑剂，它克服了传统发黑工艺的缺陷，节约了大量的能源。

发黑剂为蓝绿色浓缩液化，无杂质、无异味、不燃、不爆、不腐蚀，运输安全。

发黑剂用水稀释，弹簧发黑时常用的稀释比约为1︰5左右。

发黑剂的操作工艺较为简单，其工艺路线为：去油、漂洗、酸行、漂洗、发黑(在室温下2~5min)漂洗、水膜置换防锈油。要注意的是：一定要把弹簧工件上的油去尽，

清洗干净后，才能放入常温剂中进行氧化处理。

氧化处理成本低、工艺配方较简单、生产效率高、氧化膜有一定的弹性，基本上

不影响弹簧的特性曲线，所以氧化处理较广泛地作为成形螺旋弹簧、弹簧垫圈及片弹

簧等的防腐和装饰措施。

弹簧经氧化处理后的质量检验包括外观检查和抗蚀性检查。

(2)磷化处理将弹簧放进含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中，在金属表面形成一层

不溶于水的磷酸盐薄膜的方法叫做磷化。磷化膜的外观呈暗灰色、灰色或黑灰色、不

具光泽。磷化膜的厚度一般在5~20μm。磷化膜在一般大气条件下较稳定，其抗蚀能力

为发蓝膜的6~24倍。磷化膜具有显微孔隙结构，对漆类、油类有良好的吸附能力，因