Болтове, гайки, винтовеи други крепежни елементи са податливи на корозионно разграждане след дълго-срочно обслужване, което влошава стабилността и безопасността на механичните връзки. По време на фазата на проектиране на продукта инженерите трябва внимателно да избират материали, повърхностни обшивки и защитни покрития в съответствие с действителната работна среда, за да намалят корозията, да предотвратят влошаване на производителността и загуба на експлоатационен живот и да гарантират цялостната надеждност на работа на механичното оборудване. Този документ систематично разработва общите режими на корозия, вътрешните механизми и защитните принципи на повърхностните покрития за крепежни елементи, предоставяйки техническа поддръжка за избор на материал и анти{3}}оптимизиране на корозията на крепежни продукти.

1. Основна концепция за корозия

Металната корозия се отнася до разрушителната деградация на метални субстрати, причинена от химически или електрохимични взаимодействия с околната среда, и е един от най-разпространените начини на повреда на механични крепежни елементи.

Чистата химическа корозия възниква, когато крепежните елементи влизат в директен контакт с корозивни химически вещества без участието на електрически ток. Например изтеклият електролит от батерията може директно да ерозира повърхностите на крепежните елементи и да повреди основните материали. При действително промишлено обслужване повечето повреди от корозия на крепежни елементи са резултат от непреки електрохимични реакции, обикновено включващи ръждясване на стомана и галванична корозия.

Разпространението на корозия в крепежните елементи наподобява разпадането на зъбите. Произхожда от малки невидими дефекти и се разпространява бързо, като постепенно подкопава структурната цялост на резбовите съединения. Прогресивната корозия поглъща метални субстрати, намалява механичната якост и в крайна сметка води до разхлабване или счупване на крепежни елементи. В допълнение, галваничните реакции могат също да предизвикат корозионно увреждане на съседни свързани компоненти.

Освен конвенционалното отслабване на якостта, корозията може да предизвика два специални вида повреди. Първият е корозионни повреди, -предизвикани от напрежение, като например водородна крехкост под ефекта на свързване на корозия и напрежение на опън. Второто е повреда от корозионна умора, при която микропукнатини, генерирани в корозирали области, се разширяват непрекъснато при променливи натоварвания и в крайна сметка причиняват счупване от умора на крепежни елементи.

Неправилният избор на материал е основна причина за химическа корозия. Химическата корозия възниква, когато крепежните материали са разтворими в корозивни среди. Например обикновениболтове от въглеродна стоманаще се разтвори бързо и корозира, когато е изложен на солна киселина. За тежки и предвидими корозивни среди се предпочитат-устойчиви на корозия сплави като неръждаема стомана и сплави на-основа на никел. Междувременно, плътни и непропускливи защитни покрития могат да бъдат приети за основно изолиране на корозивни среди и избягване на химическа корозия.

В индустриалните приложения корозията на крепежните елементи е доминирана от електрохимична корозия, задвижвана от микро спонтанни токове, която се отличава с по-бърза скорост на разпространение и по-широк обхват на увреждане. Електрохимичната корозия се основава на четири незаменими условия: анодни и катодни области, проводяща електролитна среда, потенциална разлика и затворени проводими вериги. Непрекъсната електрохимична корозия ще продължи, след като са изпълнени всички условия.

1.1 Корозионен механизъм на въглеродна стомана

Ръждясването е най-типичната и основна форма на електрохимична корозия за стоманени материали. Когато водните капчици полепнат по стоманените повърхности, се образува потенциална разлика на границата между стоманения субстрат и водния електролит, генерирайки микро електрически токове и инициирайки реакцията на ръжда. Реакциите на окисление възникват в анодните области, където железните атоми се йонизират и се разтварят в електролита. Съответно реакциите на редукция протичат в катодните области, където атмосферният кислород реагира с водата, за да произведе хидроксидни йони.

Железните йони се комбинират с хидроксидните йони в електролита, образувайки отлагания от железен оксид, а именно ръжда, върху повърхностите на крепежните елементи. Дългосрочното-излагане на влажна среда поддържа цикличната електрохимична реакция, което води до непрекъсната ерозия на субстрата и прогресивно влошаване на корозията.

1.2 Галванична корозия

Галваничната корозия, определяна също като корозия на различни метали, е типичен електрохимичен режим на корозия. В съответствие с общата електрохимична корозия, тя изисква четири основни условия: анод, катод, електролит и потенциална разлика. Затворена корозионна верига се образува, когато два различни метала с различни електродни потенциали са в пряк контакт.

Когато два контактуващи различни метала са изложени на електролит, металът с по-висок електроден потенциал действа като катод, докато този с по-нисък потенциал служи като анод. В затворения контур атомите на анодния метал непрекъснато се йонизират и изразходват, което води до прогресивна корозия. По-голямата потенциална разлика между двата метала ще ускори и влоши галваничната корозия.

Таблицата с галванични серии е критична насока за анти{0}}корозионния дизайн на крепежни елементи. Позицията на всеки метал в таблицата представлява нивото на неговия електроден потенциал. Колкото по-отдалечени са двата метала в последователността, толкова по-голяма е тяхната потенциална разлика и по-висок е рискът от галванична корозия. Например, магнезиевата сплав и платината лежат в двата крайни края на серията, което ги прави несъвместима комбинация за сглобяване. Обратно, металите с подобни потенциални стойности произвеждат незначителни електрохимични реакции и имат нисък риск от корозия.

Тежестта на галваничната корозия се определя от три основни фактора:

(1) Потенциална разлика: Разстоянието между два метала в галваничната серия директно определя степента на корозия. Комбинацията от алуминиеви части и компоненти от неръждаема стомана 316 страда от по-тежка галванична корозия, отколкото съвпадението на части от въглеродна стомана и калай.

(2) Електролитна активност: По-високата концентрация на йони подобрява проводимостта на електролита и ускорява корозионните реакции. Саламурата съдържа изобилие от йони и служи като много по-активен електролит от дейонизираната вода, което води до по-бърза галванична корозия в солена среда.

(3) Съотношение на площта на катод-анод: По-голямата площ на катода спрямо анода значително засилва анодната корозия. Например, малки алуминиеви крепежни елементи, сглобени върху големи плочи от неръждаема стомана, действат като малки аноди и корозират бързо в електролитни среди. Напротив, малкикрепежни елементи от неръждаема стоманасъчетани с големи алуминиеви пластини образуват малка катодна площ, ограничавайки корозията до контактния ръб и облекчавайки цялостната повреда.

1.3 Фретинг корозия

Фретинг корозията е специален не-химичен и не-електрохимичен режим на корозия, който обикновено възниква при високи-натоварени условия на триене. Относителното плъзгане и непрекъснатото компресиране между свързващите се повърхности износват естествените защитни оксидни филми на крепежните елементи. Новоизложеният пресен метален субстрат влиза в директен контакт с външната среда и се подлага на бърза корозия.

Крепежните елементи, изработени от неръждаема стомана, алуминиева сплав и титаниева сплав, са силно чувствителни към фретинг корозия. Техните опорни повърхности и зони на свързване на резбите зависят изцяло от защитните оксидни филми за устойчивост на корозия. След като оксидните слоеве се износят, субстратът ще претърпи продължителни и прогресивни щети от корозия.

1.4 Корозия на цепнатини

Корозията в пукнатините е скрит локализиран електрохимичен режим на корозия. Среща се в тесни метални междини, скосявания, дъгови преходи и области, склонни към натрупване на прах и задържане на вода. Разликите в концентрацията на електролита вътре и извън тесните междини предизвикват локализирани електрохимични реакции и причиняват селективно увреждане от корозия на вътрешните метални субстрати.

Корозията в пукнатините е локализирана и трудно се открива в ранен етап, което може да доведе до сериозни структурни повреди след дълго-трайно натрупване. Междувременно, голямо количество атомен водород, генериран по време на корозия в пукнатината, ще бъде абсорбиран от металната матрица, лесно предизвиквайки водородна крехкост и увеличавайки риска от счупване на крепежните елементи.

1.5 Точкова корозия

Точковата корозия е силно локализирана форма на корозия, която генерира малки ями върху метални повърхности. Тези първоначални микродефекти постепенно се задълбочават и разширяват в очевидни макроскопични корозионни ями с продължителни корозионни реакции.

В сравнение с други режими на корозия, точковата корозия има ограничено влияние върху цялостната структурна цялост и механичните характеристики на крепежните елементи, без да причинява бърза повреда. Неговият основен механизъм се крие в локален дефицит на кислород върху металната повърхност, който образува независими анодни области, задейства локализирани електрохимични реакции и в крайна сметка се развива в дълбоки корозионни ями.

2. Защитни механизми на крепежни елементи

Въз основа на горните корозионни механизми могат да бъдат приети целенасочена структурна оптимизация и мерки за защита на процеса за прекъсване на корозионните условия и потискане на електрохимичните реакции. Има четири основни механизма за анти-защита от корозия за крепежни елементи, които могат да се прилагат независимо или в комбинация за постигане на оптимални анти{2}}корозионни характеристики.

2.1 Бариерен защитен механизъм

Бариерната защита е най-основният анти{0}}корозионен метод. Плътно и непрекъснато защитно покритие е покрито върху металната повърхност, за да изолира субстрата от корозивни среди и да блокира пътищата на разпространение на корозията. Защитният му ефект зависи изцяло от целостта на покритието. Ненарушените покрития осигуряват дългосрочна стабилна защита от-корозия, докато драскотини, лющене или износване ще разкрият основата и незабавно ще предизвикат корозия. Типичните приложения включват филми за бои и други не-метални защитни покрития.

2.2 Механизъм за защита на жертвения анод

Механизмът за защита на жертвения анод използва по-активно повърхностно покритие, което корозира предимно за защита на металния субстрат. Този защитен ефект продължава само когато жертвеното покритие остава завършено. След като покритието се изразходва напълно, субстратът ще бъде изложен и корозирал. Електро-поцинкованото покритие е типично приложение на този механизъм, при което цинкът с по-висока химическа активност корозира предимно за защита на субстрати от въглеродна стомана.

2.3 Механизъм за защита на пасивиращия слой

Защитата от пасивиране разчита на инертни, плътни оксидни филми, спонтанно образувани върху метални повърхности. Химически стабилният пасивиращ слой изолира външната корозивна среда и осигурява дългосрочни-анти{2}}корозионни характеристики.Крепежни елементиизработени от неръждаема стомана, титаниева сплав и алуминиева сплав постигат трайна устойчивост на корозия чрез естествените си пасивиращи филми.

2.4 Защитен-механизъм за самолечение

Самовъзстановяващата се-защита е усъвършенствана и високо{1}}надеждна анти-корозионна технология. Леки повреди на защитните покрития или пасивиращите филми могат да бъдат спонтанно поправени в естествена среда, за да се поддържа непрекъсната защитна ефективност. Въпреки че обхватът му на приложение е ограничен, той осигурява отлична анти-корозионна стабилност. Пасивиращият филм от аустенитна неръждаема стомана притежава изключителна -способност за самовъзстановяване, която може да се регенерира бързо след незначителни повреди и да възстанови устойчивостта на корозия.

3. Заключение

Скрепителните елементи са изложени на множество рискове от корозия, включително химическа корозия, електрохимична корозия, фреттинг корозия, корозия на пукнатини и корозия на цепки, всички от които увреждат структурната цялост и намаляват надеждността на връзката. Следователно инженерите трябва напълно да оценят потенциалните видове корозия и рисковете от повреда в съответствие с условията на експлоатация и характеристиките на околната среда при инженерния дизайн и практическото приложение. Разумният избор на материал, оптимизираното покритие и съвпадение на покритието и структурното подобрение могат ефективно да предотвратят или забавят повредата от корозия, като гарантират дългосрочна -стабилност на резбовите връзки и безопасната работа на механичното оборудване.