A4.金属材料及其表面处理的选型设计要求规范.doc

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金属材料及其表面处理的选型设计要求

I型结构件

指当设备处于工作状态时，零件表面直接暴露在自然环境中，并且会受到雨、冰雹、雪、日光照射和风沙的直接作用的结构件。

II型结构件

指当设备处于工作状态时，其零件表面不直接暴露在自然环境中，或不会受到雨、冰雹、雪、日光照射和风沙的直接作用的结构件。

I型（暴露）表面

指当设备处于工作状态时，直接暴露在自然环境中的表面，或者虽然不直接暴露在自然环境中，但能受到自然环境因素的直接作用的表面。

自然环境因素包括温度、湿度、雨、雪、冰雹、含盐大气，工业大气，日光直接照射、尘埃、风砂等。

拉丝

专指为达到直纹表面装饰效果的机械处理工艺。

喷砂

专指为达到砂纹表面装饰效果的机械处理工艺。

晶花

预镀钢板表面出现的镀层金属的结晶花纹。

A类环境（受控环境）

指温湿度受控的室内（包括有人居住的房间）。

B类环境（不受控环境）

指温湿度不受控的房间内，一般的室外环境（包括只有简单遮蔽（如遮阳棚）、湿度偶然会达到100%的情况）。

C类环境（恶劣环境）

指海洋上环境，或者污染源附近的陆地室外和只有简单遮蔽（如遮阳棚）的环境。

（污染源附近是指在以下半径范围内的区域：

距离盐水（如海洋、盐水湖）3.7公里，冶炼厂、煤矿、热电厂等重污染源3公里，化工、橡胶、电镀等中等污染源2公里，食品、皮革、采暖锅炉等轻污染源1公里。

）

1、金属材料选用原则

1.1选材原则

结构设计中材料的选用一般原则有以下几点：

1）有广泛的供应来源；

2）生产和加工的廉价性；

3）能量的有效利用性；

4）足够的强度和坚硬性，在所使用的温度范围内尺寸稳定；

5）有利于实现轻量化；

6）生命周期内安全可靠、耐腐蚀、耐老化；

7）对于环境不产生有害影响；

8）可降解性，便于废弃处理；

9）可批量地二次再生利用；

在具体零件的设计中，选择材料时的考虑因素首先是须满足机械性能要求，其次再考虑应用环境、耐蚀性及其相应的表面处理措施、加工成本，然后再据这些要求来设计具体的形状尺寸等等。

1.2材料与表面处理选择依据

1.2.1材料成本

一般情况下，相同规格、单位重量的材料价格从高至低的排列顺序为：

纯铜、青铜/黄铜、硬铝、防锈铝/锻铝、纯铝、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、马口铁/覆铝锌板、电镀锌板、热镀锌板、冷轧钢板、热轧钢板；压铸材料的价格从高至低的排列顺序为：

镁合金、铝合金、锌合金。

1.2.2表面处理成本

表面处理加工成本中，目前单价最低的是热浸镀锌处理（这项处理只适用于安装附件），其次是喷涂有机涂层、电镀锌、铝化学转化和铝阳极氧化处理，然后是达克罗处理（只适用于钢质紧固件），成本较高的是贵金属电镀和化学镀，处理成本从低至高的顺序如下：

电镀镍、电镀装饰铬、电镀锡、化学镀镍、电镀银、电镀金。

在电镀工艺中，不同基材成本差异较大，钢上电镀最低、铜电镀次之，铝件电镀较高，而压铸件电镀成本最高。

对于有机涂层，不同涂料所对应的产品成本也是不同的。

“拉丝”和“喷砂”在零件中专指装饰性的表面加工、且只允许用于铝材或不锈钢材料表面，属于机械式表面处理操作，供参考的成本价格大约是14～35元/m2（单面）。

1.2.3表面处理后的外观

有机涂层可按设计要求形成各种各样的外观形式（包括颜色与纹理），目前常见的表面纹理有：

桔纹（粉末涂层）、砂纹（粉末涂层）、平面（粉末涂层或油漆）、洒点（油漆）。

有机涂层的光泽分高光、半光、平光（或称“亚光”）三类，通信设备上多采用平光涂层。

有机涂层的颜色色差有控制范围要求。

一般深色允许的范围较宽（因为人眼对深色的分辨能力较弱），而浅色的则范围较小（因为人眼对浅色更容易比较出差别）。

需注意的是：

如在深色中加入金属粉效果，则其外观颜色的控制难度将增大，生产容许的色差范围将超出人眼不能分辨的限度、而出现比较明显的色差变化。

电镀锌只作为防护性镀层，外观是彩虹色、或者黑色（只用于紧固件）、或者蓝白色。

电镀锡（锡铅合金）、银、金均是作为特殊功能性镀层，不用作装饰。

镀层的外观颜色分别是银白色和金黄色。

装饰性电镀层只能用镀镍、或镀铬，颜色分别是略带黄色的银白色、或带青色的银白色，表面光泽均可以是光亮型和亚光型。

钝化处理膜基本上是无色的，处理后的零件显示为金属基材的本色。

铝化学转化处理膜有无色和浅黄色（略带彩虹）两种；铝阳极氧化可通过着色而形成多种表面颜色，通信设备中的散热器常用到黑色。

1.2.4强度或刚性

在常用状态的金属板材中，按“比强度”排序，从高至低为：

硬铝、锻铝/防锈铝、普通钢板、不锈钢板、铜。

如按单纯的强度指标排序，从高至低为：

不锈钢板、普通钢板、硬铝、黄铜、锻铝、防锈铝、纯铝。

金属板材抗拉强度越高、刚性越好，表面硬度也越高。

1.2.5折弯性

有经验认为，板材的“屈强比”（即屈服强度与抗拉强度之比）如小于0.8则其折弯性能良好，如果大于0.8则容易出现折弯裂纹。

1.2.6可焊性

对同种材料自己与自己焊接的加工性能进行比较，焊接工艺要求和加工难度从容易到较困难的排序为：

碳钢、铜、铝、不锈钢。

1.2.7耐蚀性

在常用的材料品种中，就材料本身耐蚀能力比较，表面最不容易出现腐蚀变色的材料是纯铝，然后依次是防锈铝、不锈钢、铜、压铸锌合金、碳钢。

对于在材料生产时就增加了表面预镀层的冷轧碳钢板材料，表面抗腐蚀性能由高至低排序为：

耐指纹电镀锌钢板、覆铝锌板（有可能只有一面较好、另一面很差）、热浸镀锌钢板。

1.2.8弹性

材料强度越高，其弹性极限也越高。

对于弹性结构件，长期处于工作状态时弹性失效，自然衰退不可避免。

有经验认为设计时应保留20%左右的余量，一般可保证十年时间使用寿命，即较好的设计是使弹性零件的工作范围在其弹性极限的60%~80%之内，这样就不必担心弹性的保持时间问题。

1.3优选材料

不同生产厂生产的同一类材料基本性能都相似，但可能会在个别性能指标上有所差异。

设计选材时，规定：

每一类材料只在图纸上标注一个统一的、符合我国国家标准的材料代号。

在一些特殊情况下（如材料采购困难等）允许使用性能相似或更优的材料作为替代，注意选择替代材料时要仔细比较材料性能数据和允许替代的范围。

2钢材

2.1钢板

2.1.1钢板应用范围

钢板材料一般在通信设备的承力结构件中选用，通常是经过钣金加工后用作设备的外壳或支撑结构件，如机柜门板、立柱、围框、插框、滑道、盒式结构产品外壳、以及各种形状简单的小结构件。

与其它板材（铝、铜）相比，钢板材料强度高、价格便宜；除不锈钢板外，一般钢板的耐蚀性能比铝板差，表面外观不如铝板漂亮。

所以在良好环境下工作的零件多选用钢板材料。

2.1.2钢板种类

钢板（包括钢带）材料种类较多，产品上常用的一般分为：

冷轧钢、热轧钢、预镀涂钢、不锈钢、弹簧钢。

在预镀涂钢板中，常见的有：

电镀锌、热浸镀锌、热浸镀铝锌合金（覆铝锌板）、电镀锡（即马口铁）、彩涂钢板。

在电镀锌钢板中，又因表面处理状态不同而分为以下类型：

涂油钢板、磷化板、铬酸盐钝化板、耐指纹板。

所有预镀涂钢板按表面镀层的厚度不同分为不同型号。

还有因钢板表面外观不同而分类的，如热浸镀锌钢板按“晶花”大小分为：

大晶花、小晶花、无晶花。

不锈钢板按表面装饰花纹不同而分为：

镜面不锈钢、磨砂板、拉丝板等等。

彩涂板有单面和双面之分，外观颜色多种多样、涂层类型也有多种。

各种钢板的主要类别参见表1。

按生产能力和市场上常见情况，钢板的厚度规格如下：

冷轧钢板一般只有薄板（厚度为0.3~3.0mm）；热轧钢板一般只有厚板（厚度大于1.5mm）；预镀钢板以冷轧钢板为基材、彩涂钢板以冷轧钢板或预镀钢板为基材，故预镀涂钢板只有薄板，其中热浸镀锌钢板最厚为3.0mm，电镀锌钢板最厚为2.0mm，马口铁和彩涂钢板在市场上常见0.15-0.6mm、最厚到0.6mm；不锈钢板厚薄均有。

表1钢板材料分类示意

冷轧钢板

优质碳素结构钢板

普通碳素结构钢板

热轧钢板

优质碳素结构钢板

普通碳素结构钢板

预镀涂钢板

电镀锌

涂油

不同镀层厚度

磷化

钝化

耐指纹

热浸镀锌

大晶花≥2㎜

不同镀层厚度

小晶花＜2㎜

无晶花

热浸镀铝锌合金（覆铝锌板）

不同镀层厚度

电镀锡（即马口铁）

不同镀层厚度

彩涂钢板

不同颜色、不同镀层厚度

不锈钢板

奥氏体不锈钢

普通表面

镜面

磨砂

拉丝

其它花纹

嘛氏体不锈钢

铁素体不锈钢

沉淀更化不锈钢

弹簧钢带

不同材质牌号

2.1.3钢板及其表面处理选型

I型结构件一般必须选择不锈钢材料、或者预镀钢板加涂户外有机涂层处理；II型结构件的材料不受限。

具体选型要求见下面的说明。

2.1.3.1产品上的II型钣金承力结构件，无导电要求：

一般选用优质冷轧（或热轧）钢板（图纸标注的材料代号为“08”或“SPHC”），表面处理采用喷漆、喷粉。

2.1.3.2产品上的II型钣金承力结构件，导电区域较多、面积较大，不需要有机涂层作装饰：

1）用优质冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”），表面处理采用电镀锌。

2）用耐指纹电镀锌钢板、或热浸镀锌钢板、或覆铝锌板，不再进行表面处理；但要注意这时零件的切口边会出现锈蚀现象，因此采用此类预镀钢板材料的前提是零件的切口边不能位于用户经常可看到的表面，切口边的锈蚀对产品功能或产品外观等没有影响，否则必须在图纸中要求对切口边进行防护涂漆处理（涂银色或透明漆）。

2.1.3.3产品上的II型钣金承力结构件，局部导电、且有区域要求喷粉（喷漆）：

1）用优质冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”），表面处理采用电镀锌后再局部喷粉（喷漆）。

2）用耐指纹电镀锌钢板、或热浸镀锌钢板、或覆铝锌板，局部喷粉（喷漆）。

这时需要注意的是部分预镀钢板的表面电阻会高于产品接地或屏蔽的相关要求；还有部分预镀板表面与有机涂层的结合能力不能满足质量要求，例如一种韩国生产的覆铝锌板具有两面不同性，钢板的一面与粉末涂层结合良好、另一面却很差，表面耐蚀性也是一面好、另一面很差，在生产应用时需要特别注意。

2.1.3.4产品上的I型结构件：

若选择钢板，则应采用：

1）恶劣环境下的I型结构件必须采用（奥氏体）不锈钢板（图纸标注的材料代号为“1Cr18Ni9”），除钝化处理外可以不进行表面处理、也可以喷粉（喷漆）。

2）A、B类环境下的I型结构件可以采用预镀钢板，但须保证没有切口边位于I型表面，外表面须喷涂户外型粉末涂层。

2.1.3.5安装附件：

采用热轧钢板（图纸标注的材料代号为“Q235A”）。

2.1.3.6特殊装饰要求的II型结构件

可选择（奥氏体）不锈钢板（图纸标注的材料代号为“1Cr18Ni9”）；或冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”）经表面粗糙度处理（如抛光、喷砂、拉丝等等）后，再电镀镍或铬，电镀后的表面导电。

2.1.3.7要求耐磨的II型结构件

采用冷轧钢板（图纸标注的材料代号为“08”）电镀镍或铬。

电镀后的表面导电。

2.1.3.8弹性结构件

片状弹簧可选用弹簧不锈钢（图纸标注的材料代号为“1Cr17Ni7”），注意根据强度和成形要求有不同硬度状态（如1/4H或3/4H）的区别。

当要求的弹力较大、不锈钢材料不能满足要求时，应选用弹簧钢板（图纸标注的材料代号为“65Mn”），表面处理为涂漆（或达克罗）处理；如果要求表面耐磨或导电，则表面处理只能用化学镀镍或电镀镍；如果还有装饰要求，则只能用电镀镍。

需要注意的是弹簧钢经过电镀处理时容易出现氢脆问题，应谨慎采用电镀镍工艺。

2.1.3.9要求钎焊的零件

用钢板制作要求钎焊的零件（如屏蔽盒）时，可选择镀锡钢板（俗称马口铁，图