Крепежни елементиса най-често срещаните компоненти в механичното оборудване, използвани за закрепване на връзки, всички от които се използват в специфични среди. Дългосрочното-взаимодействие между крепежните елементи и околната среда винаги ще променя тяхното състояние и ефективност, т.е. възниква корозия, която е една от основните форми на повреда на крепежните елементи. Леката корозия на крепежните елементи ще повлияе на разглобяемостта и повторната употреба на резбите, докато силната корозия ще увреди здравината на връзката между компонентите и дори ще доведе до внезапна повреда на детайлите и катастрофални аварии. Поради това защитата от -корозия на крепежните елементи винаги е била тема, пораждаща голямо безпокойство.
Общи анти{0}}корозионни технологии за крепежни елементи
Анти{0}}обработката на крепежни елементи обикновено образува покритие или анти{1}}корозионен слой върху повърхността на детайла чрез определени методи, за да се предотврати въздействието на външната среда върху самите крепежни елементи и да се постигне ефектът на устойчивост на корозия. Има четири основни общи анти{3}}технологии за корозия за крепежни елементи: технология за обработка на филм, технология за метално покритие, технология за покритие и промяна на вътрешната структура на метал (като неръждаема стомана).
1. Технология за обработка на филми
Технологията за обработка на филми се отнася главно до процеса на генериране на стабилен химичен (електрохимичен) преобразуващ филм върху металната повърхност чрез използване на химични или електрохимични методи. Например, в градските железопътни превозни средства обработката с почерняване/посиняване и обработката с фосфатиране се използват широко за обработка на филм на крепежни елементи.
1.1 Почерняване и посиняване
Процесът на поставяне на стоманени части в концентриран алкален разтвор, съдържащ оксиданти и обработването им при около 140 градуса за определен период от време, за да се образува химически оксиден филм (съставен главно от Fe₃O₄) върху повърхността на стоманените части, се нарича обработка с почерняване/посиняване.
Технически характеристики на обработката почерняване/посиняване:
1) Дебелината на филма е 0,5-1,5 μm.
2) Времето на теста за неутрален солен спрей (NSS) обикновено е само 2~5 часа, през което време оксидният филм се е счупил и дори ще се появи много ръжда.
3) Ниска чувствителност към водородна крехкост, може да се използва зависоко{0}}здрави болтове.
4) Като закопчалка неговата консистенция на въртящия момент-при предварително натоварване е лоша.
5) Ярък цвят и добър декоративен ефект.
6) Ниска цена.
1.2 Фосфатиране
Процесът на потапяне на стоманени части в разтвор, съдържащ манган, фосфорна киселина, фосфат и други реагенти, за да се образува водо-неразтворим филм за преобразуване на фосфат върху металната повърхност, се нарича обработка с фосфатиране. Техническите характеристики на фосфатирането са както следва:
1) Филмът е здраво свързан със субстрата (дебелина 1~50 μm).
2) Времето на теста за неутрален солен спрей (NSS) може да достигне 10~20 часа, а някои могат да достигнат 72 часа.
3) Слаба механична якост и крехка текстура.
4) Като закопчалка неговата консистенция на въртящия момент-при предварително натоварване е добра.
5) Цветът е тъмен, например светлосив, а декоративният ефект е слаб.
6) Ниска чувствителност към водородна крехкост, може да се използва за болтове с висока-якост.
7) Ниска цена.
2. Технология на метални покрития
Технологията за метално покритие е процес на повърхностна обработка, който основно образува тънък метален слой върху повърхността на метални материали чрез използване на технология за метално покритие, за да придаде на металните материали декоративни или защитни свойства. В градските железопътни превозни средства технологията на метално покритие за крепежни елементи е главно поцинковане, както и други специални метални покрития (хромиране, никелиране, кадмиево покритие, сребърно покритие и др.).
2.1 Поцинковане
Цинкът и желязото могат да се смесват и техният стандартен електроден потенциал е -0,76 V. За стоманения субстрат цинковото покритие е анодно покритие, което може да защити по-добре стоманения субстрат. Поради това технологията на поцинковане се използва много широко в крепежните елементи. Има три общи метода на поцинковане: горещо поцинковане, електропоцинковане и механично поцинковане.
2.1.1 Горещо{1}}поцинковане
Горещото{0}}цинковане се отнася до процеса на потапяне на стоманени части в разтопен течен цинк, причинявайки поредица от физични и химични реакции на повърхността на детайла за образуване на метално цинково покритие. Дебелината на горещо поцинкованото покритие е сравнително дебела (до 30~60 μm), а устойчивостта му на корозия е отлична. Той се използва широко в стоманени части, използвани на открито за дълго време (като телевизионни кули, парапети на магистрали и др.). За крепежни елементи, горещо поцинковане обикновено е приложимо за болтове M6 и по-високи, но не може да се използва за крепежни елементи с висока{10}}якост. Основната причина е, че работната температура на процеса на горещо поцинковане е сравнително висока (400 градуса ~500 градуса), което лесно може да доведе до омекване при температура на крепежни елементи с висока -якост и намаляване на тяхната здравина.
2.1.2 Електроцинковане
Електропоцинковането е използването на принципа на електролизата за образуване на равномерно, плътно и добре{0}}свързано цинково покритие върху повърхността на стоманените части. Дебелината на галванизирания цинков слой е сравнително тънък (5~30 μm) и неговата устойчивост на корозия е най-лошата сред поцинкованите анти-корозионни обработки. Процесът му обаче е прост, цената е ниска и има малко влияние върху зацепването на резбата, така че се използва широко в крепежни елементи. Тъй като електроцинковането има висока чувствителност към водородна крехкост и е трудно напълно да се отстрани водородът (електроцинкованият слой ще се отлепи или падне, когато температурата е над 100 градуса), електроцинковането не може да се използва за високо-крепежни елементи.
2.1.3 Механично поцинковане
Механичното поцинковане се отнася до процес на повърхностна обработка, при който стоманените части образуват цинково покритие чрез въздействие върху повърхността на стоманените части с ударна среда под действието на химически вещества като цинков прах, диспергатор и ускорител. Дебелината на механично поцинкования слой обикновено е 5 ~ 50 μm. Повърхността на покритието е плътна и равномерна, с добър декоративен ефект и отлична устойчивост на корозия; освен това той няма недостатъци като високо-температурно темпериране и водородна крехкост, съществуващи при горещо-поцинковане и електропоцинковане, така че това е процес на повърхностна обработка, особено подходящ за анти-корозия на крепежни елементи.
2.2 Други метални покрития
2.2.1 Хромиране
Като метално покритие хромът има характеристиките на силна адхезия, добра устойчивост на износване, отличен декоративен ефект и висока устойчивост на топлина (може да се използва нормално под 500 градуса). Следователно е много идеално да се използва хромирано покритие като метално покритие на крепежни елементи.
Основните недостатъци на хромирането са следните:
1) Процесът е сложен и първо трябва да се покрие никел или мед преди хромиране.
2) Висока цена.
3) Хромното покритие е твърдо и чупливо и лесно пада.
2.2.2 Никелиране
Като метално покритие никелът има добра електрическа проводимост, висока твърдост, добър декоративен ефект и устойчивост на топлина (може да се използва нормално под 600 градуса), така че също е идеално да се използва никелово покритие за крепежни елементи.
Основните недостатъци на никелирането са следните:
1) Процесът е сложен и медта трябва да бъде покрита първо преди никелиране (оригиналното "преди хромиране" е печатна грешка).
2) Никеловото покритие е поресто и корозията на матрицата ще се ускори, когато покритието е тънко.
3) Висока цена.
2.2.3 Кадмиево покритие
Като метално покритие кадмият е анодно покритие, което има характеристиките на силна устойчивост на корозия на солна киселина, ниска водородна крехкост и добър декоративен ефект. Той е особено подходящ за крепежни елементи, използвани в морска среда (като крепежни елементи на морски самолети и нефтени сондажни платформи).
Основните недостатъци на кадмиево покритие са следните:
① Силно замърсяване на околната среда. Газът, генериран при топене на кадмий, и разтворимите кадмиеви соли са токсични.
② Висока цена.
2.2.4 Сребърно покритие
Като метално покритие среброто има отлична електрическа проводимост, отлични отразяващи характеристики, добро смазване и отлична устойчивост на топлина (може да се използва нормално под 870 градуса). Поради това сребърното покритие се използва широко в области като електроника и електротехника, високо-честотни компоненти (като проводящи болтове на генератори, изходни клеми на акумулатора на превозно средство).
Основните недостатъци на сребърното покритие са следните:
① Процесът е сложен и медта трябва първо да бъде покрита преди сребърно покритие.
② Цената е много скъпа.
2.2.5 Поцинковане-никелиране
Композитното покритие от цинк-никел е нов тип покритие от метална сплав, разработено на базата на технология за повърхностна обработка на цинково покритие, което има много предимства:
1) Времето на теста за неутрален солен спрей (NSS) може да достигне 500~1500 часа.
2) Електродният потенциал на покритието е между Fe и Zn, което е по-подходящо за монтаж с алуминиеви части.
3) Висока твърдост на покритието и добър декоративен ефект.
4) Почти никаква водородна крехкост, може да се използва закрепежни елементи с висока-якост.
5) Добра устойчивост на топлина (може да се използва нормално под 800 градуса; оригиналното "8009C" е печатна грешка).
Основният недостатък на цинк{0}}никеловото покритие е високата му цена (около 6 пъти по-висока от тази на обикновеното поцинковане), но отличното му цялостно представяне е все по-широко признато.
3. Технология на покритието
Технологията за нанасяне на покритие е технология за повърхностна обработка, която нанася специфични покрития върху повърхността на предмети чрез определено оборудване и методи за образуване на плътен, непрекъснат и равномерен филм върху повърхността, след което го изсушава и втвърдява чрез естествени или изкуствени методи за образуване на защитно или декоративно покритие.
При крепежните елементи най-широко използваната технология за покритие е технологията за покритие с цинк-хром, което е покритие, образувано върху повърхността на стоманени части чрез нанасяне на покритие от цинк-хром върху стоманени части и изпичане през пълен цикъл на затворен-верига, известен също като обработка с Dacromet. Има следните отлични характеристики:
1) Времето на теста за неутрален солен спрей (NSS) може да достигне 500~1000 часа.
2) Добра пропускливост.
3) Няма чувствителност към водородна крехкост.
4) Ниско замърсяване на околната среда.
5) Като закопчалка неговата консистенция на въртящия момент-при предварително натоварване е много добра.
6) Умерена цена (около 2 пъти по-висока от обикновеното поцинковане).
Основните недостатъци на лечението с Dacromet са следните:
1) Слаба устойчивост на износване (твърдостта е само 1 H).
2) Едноцветен (само сребристо бяло и сребристо сиво), слаб декоративен ефект.
3) Лоша електрическа проводимост, неподходяща за части с проводими връзки.
4. Промяна на микроструктурата на стоманата
4.1 Промяна на състава (като неръждаема стомана)
Неръждаемата стомана е съкращението от неръждаема киселинно{0}}устойчива стомана, която има отлична устойчивост на корозия и добър декоративен ефект и се използва широко в различни области. Понастоящем обикновено се смята, че механизмът за устойчивост на корозия на неръждаемата стомана е основно както следва:
1) Когато съдържанието на Cr надвиши 13%, потенциалът на електрода на стоманата ще се повиши от отрицателен потенциал до положителен потенциал, правейки самата стоманена матрица "инертна";
2) Cr ще образува плътен Cr-пасивен филм върху стоманената повърхност за допълнителна защита на матрицата;
3) Неръждаемата стомана може да бъде разделена на мартензитна стомана, феритна стомана, аустенитна стомана, аустенитна -феритна неръждаема стомана и т.н. според микроструктурата. Сред тях аустенитната неръждаема стомана има най-добра устойчивост на корозия, като неръждаемата стомана от серията A2 и A4.
Неръждаемата стомана има главно следните недостатъци:
① Ниска граница на провлачване (обикновено не повече от 300 MPa), неподходяща за свързване на основни структурни части;
② Склонност към захващане на резбата: когато болтовете от неръждаема стомана са затегнати, е лесно да се повреди повърхността на резбата и в този момент спонтанно ще се генерира оксиден слой, който допълнително ще влоши сцеплението и заключването на болта;
③ Склонност към междукристална корозия: при определена температура C и Cr в неръждаемата стомана ще образуват съединения, особено в близост до границите на зърната, което ще доведе до появата на „Cr-изчерпани зони“ по границите на зърната и ще причини междукристална корозия;
④ Слаба устойчивост на корозия към среда Cl⁻ (с изключение на A4 неръждаема стомана);
⑤ Висока цена (около 4 пъти по-висока от лечението с Dacromet).
4.2 Промяна на състоянието на топлинна обработка
Стоманените материали са предимно многофазни структури (примеси, карбиди, интерметални съединения и други вторични фази обикновено съществуват като катоди в стоманата, докато Fe матрицата действа като анод). Има потенциална разлика между всяка фаза в многофазната структура, образуваща корозионна микроклетка. Втората фаза може да бъде фаза на анодна пасивация или фаза на катодно разтваряне, като и двете ще повлияят на устойчивостта на корозия на матрицата.
Като вземем за пример неръждаемата стомана, нейните процеси на заваряване и термична обработка изискват допълнително внимание. След третиране с високо{1}}температурен разтвор, ако неръждаемата стомана се нагрее между 400 градуса и 850 градуса, голям брой Cr₂₃C₆ и Cr₇C3 карбиди ще се утаят по границите на зърното, образувайки област с изчерпване на Cr- близо до границите на зърното. Карбидите действат като катод на корозионната клетка, а зоната с изчерпване на Cr- действа като анод на корозионната клетка, като по този начин причинява междукристална корозия и води до значително намаляване на устойчивостта на корозия на неръждаемата стомана.
