螺丝防蚀处理
摘要：
对金属表面防蚀的方法进行讨论及分析，并结合螺丝生产实务，提出螺丝之防蚀对策，具有参考及运用价值。
一、前言
金属受到环境的影响，藉着化学或电化学反应所造成之破坏性侵害，称为腐蚀，几乎所有的金属制品，在一定的环境中，都会有若干型态之腐蚀现象，而螺丝是金属制品，自然无法避免金属腐蚀的问题，其使用的环境及时间不同时，腐蚀的现象亦有明显的差异。以台湾来说，台湾地形狭小，四面环海，为海岛型气候，大气中之盐份及湿度极高，又有许多污染性工业，如钢铁、石化、火力发电等，加上近年来汽、机车大幅成长，大量排放的废气，使空气中充满腐蚀性之硫化物与氮化物气体及微粒，这些都是造成金属腐蚀的主要原因。例如位於云林海边之台塑六轻麦寮厂，目前所发现之螺丝、螺栓、结构钢及管线等金属腐蚀情形，其严重性可能已超过原先建厂前之预估，形成工程人员必须重视及优先解决的问题。
金属腐蚀会造成巨额之设备维护成本及严重之经济损失，如因腐蚀而增加设计、制造、保养及维修费用，或甚至发生危害及灾难。螺丝的使用范围最广泛，数量需求亦最大，其抗蚀能力之优劣决定其使用之耐久性，对设备之安全及可靠性有重大影响，因此研究防蚀方法，开发及应用现代防蚀技术，是当前重要课题。
二、防蚀的方法
金属防蚀的方法主要有四方面，即控制材料本身、使用环境、材料与环境之界面及改良金属结构之设计，若采用完全抗腐蚀的合金来制造螺丝，除非有特别需要，否则在经济的观点而言是不切实际，或将螺丝的表面与会产生腐蚀的环境因素完全隔离，在实务上也不见得行得通，可能非常困难。改良金属结构设计可在某种情况下来改善特殊境况之影响，但多数螺丝之设计无法充份修改，且其保护作用亦非永久性者，因此此法不能根本解决问题，只有在界面上之防蚀，亦即表面防蚀处理是目前应用最广泛的方法。
表面防蚀处理是指运用各种方法在金属表面施加保护层，其作用是将金属与腐蚀性的环境隔离，以抑制腐蚀过程的产生，或减少腐蚀性介质与金属表面接触，而达到防止或减轻腐蚀的目的。保护层应能符合下述要求：1.耐蚀、耐磨、高硬度，2.结构紧密、完整、孔隙小，3.与基体金属结合牢固、粘结力好，4.均匀分布且有一定厚度。保护层通常分为金属涂层和非金属涂层两类，金属涂层是指用耐蚀性较强的金属或合金在容易腐蚀的金属表面形成保护层，这种涂层又叫镀层。产生金属镀层的方法和种类相当多，其中最常见的是电镀法，其次是熔融金属浸镀法(热浸镀)及化学表面处理。
非金属涂层是指用有机高分子材料如油漆，及无机材料如陶瓷，在金属设备或零件表面上形成保护层，该保护层能将基体金属与环境介质完全隔离，防止基体金属因接触腐蚀介质而造成腐蚀。
三、电镀
电镀是指在含有欲镀金属离子的溶液中，以被镀之材料或物品为阴极，通过电解作用，即可在基体表面上获得镀层。在电解过程中，电极和电解液间之界面上发生化学反应，阳极释放电子发生氧化
反应，阴极吸收电子发生还原反应。电镀可为材料或物品覆盖一层较均匀及具有良好结合力的镀层，以改变其表面特性及外观，达到材料保护或装饰的目的。电镀时须用直流电 (低电压、大电流)，并能适当控制电流密度及通电时间以获得需要之镀层厚度。
耐蚀性镀层常用锌、镉、铜、镍等金属或锌镍、镍锡、镍铜、铜锌等合金，依据镀层与基体金属形成电偶时的电极电位不同，可分阳极性镀层与阴极性镀层两种。在腐蚀介质中阳极性镀层的电位比基体金属更负，例如钢上镀锌或镉，当镀层有破损时，镀层将作为阳极溶解，对於钢材具有电化保护作用，即「牺牲性」保获作用，镀层越厚，保护作用越大。
阴极性镀层的电位比基体金属更正，例如钢上镀铝、铜、镍，当镀层有破损时，镀层会加速基体金属暴露部份之腐蚀，仅在完全不透过性时能有保护作用，所以镀层应注意其紧密性及无破损，而保护能力决定其孔隙率，孔隙率低，保护作用大，其防蚀效果是利用镀层隔离外在环境，使腐蚀介质无法渗透至基体金属。
四、热浸镀
热浸镀是把被镀件浸入熔融的金属液中，使其表面形成镀层的方法。热浸镀层金属的熔点要比基体金属低得多，例如锌、铝、铅及其合金。用热浸法可得相当厚之镀层，通常较厚於相似之电镀者，且热浸镀者很少具疏孔，热浸式镀层一般较相同之电镀镀层，具有较佳之耐蚀性。在相同之腐蚀环境中，热浸式镀层的使用寿命较长，且有较强的结合力。但是这种方法控制镀层的厚度比较困难，通常镀层厚度50g/m2 以上者以热浸镀法较容易获得，而50g/m2 以下之镀层厚度以电镀法就可经济的获得。成功之热浸镀法，必须将底层金属与镀层金属互相结合成合金，至少到某种程度，由热浸镀法获得之镀层，不只是由所用成份之被覆层，在结晶组织上，热浸式镀层至少具有两层，一为内层式合金扩散层，一为外层式镀层，外层基本上与所施成份未用作镀层时有相同性质，内层扩散层常很硬脆，经弯曲後可能脱皮或裂开，故处理件不能过份变形，处理件所能忍受之变形程序，决定其采用之金属、镀层及其他因素，因此产品常於变形加工後再行热浸镀。
五、螺丝镀锌
因锌与其他电镀用金属相比，价格最廉，且锌之耐蚀性在多数情况下远优於钢铁，镀锌层能保护在不连续部分、小孔、破裂及切边处露出之钢铁。所以一般的螺丝或易遭受大气腐蚀作用的螺丝大都镀锌，但螺丝不像板或棒那样形状无变化或表面平滑，因此镀锌层的厚度在各部位难得均匀，常成头部最厚，螺纹山前端其次，螺纹谷最薄。为了配合螺丝之大量生产，降低成本及提高产量，通常采用电镀法成桶镀锌的方式，此法是从桶架的电极使电流通入桶内的导线，而导线与螺丝接触而导电，同时桶转动而搅拌螺丝，使螺丝与电极均匀接触。然而此时电流断断续续，很难形成均匀之电流密度，故镀锌厚度也易不同。
电镀镀锌可采用酸性电镀液及硷性电镀液两种，酸性电镀液以硫酸锌为主要成份，价廉且效率大，电镀速度快，易於管理，也比硷性电镀液不易起氢脆性，但结晶稍粗，光泽不良，均镀能力差。而硷性电镀液以氰化锌为主要成份，虽然价格较高，但均镀能力好，只要管理得当，即可得有光泽的镀层，若进一步施行铬酸盐处理，即可获得更光亮的镀层且耐蚀性优良。
热浸镀锌也用於螺丝、螺栓及螺帽之表面防蚀，热浸镀锌的螺丝比电镀锌的螺丝有较佳之抗蚀能力，惟成本较高，且高强度之结构用螺栓不适用热浸镀锌，因镀层表面易形成硬脆，在高温或高负荷
