Кріпленняє найпоширенішими компонентами механічного обладнання, які використовуються для кріплення з’єднань, і всі вони використовуються в певних середовищах. Довготривала-взаємодія між кріпильними деталями та навколишнім середовищем завжди змінюватиме їхній стан і ефективність, тобто виникає корозія, яка є однією з основних форм несправності кріпильних елементів. Слабка корозія кріпильних елементів вплине на від’ємність і можливість повторного використання різьби, тоді як сильна корозія пошкодить міцність з’єднання між компонентами і навіть призведе до раптової поломки заготовок і катастрофічних наслідків. Тому анти-корозія кріпильних елементів завжди була темою, яка викликає велике занепокоєння.
Загальні анти{0}}корозійні технології для кріплень
Анти{0}}обробка кріплень зазвичай утворює покриття або анти{1}}корозійний шар на поверхні заготовки за допомогою певних методів, щоб запобігти впливу зовнішнього середовища на самі кріплення та досягти ефекту стійкості до корозії. Існує чотири основні загальні антикорозійні технології для кріплень: технологія обробки плівки, технологія металевого покриття, технологія покриття та зміна внутрішньої структури металу (наприклад, нержавіючої сталі).
1. Технологія обробки плівки
Технологія обробки плівки в основному стосується процесу створення стабільної хімічної (електрохімічної) конверсійної плівки на поверхні металу за допомогою хімічних або електрохімічних методів. Наприклад, у міських залізничних транспортних засобах обробка чорнінням/воронінням і фосфатування широко використовуються для плівкової обробки кріплень.
1.1 Почорніння та вороніння
Процес розміщення сталевих деталей у концентрованому лужному розчині, що містить окислювачі, і їх обробки при температурі приблизно 140 градусів протягом певного періоду часу для утворення хімічної оксидної плівки (в основному складається з Fe₃O₄) на поверхні сталевих деталей називається обробкою почорніння/вороніння.
Технічні характеристики обробки чорніння/восиніння:
1) Товщина плівки 0,5-1,5 мкм.
2) Тривалість випробування на нейтральний сольовий туман (NSS) зазвичай становить лише 2-5 годин, за цей час оксидна плівка руйнується, і навіть з’являється багато іржі.
3) Низька чутливість до водневої крихкості, можна використовувати длявисокоміцні-болти.
4) Як кріпильний елемент, його крутний момент-постійність попереднього натягу є поганою.
5) Яскравий колір і хороший декоративний ефект.
6) Низька вартість.
1.2 Фосфатування
Процес занурення сталевих деталей у розчин, що містить марганець, фосфорну кислоту, фосфат та інші реагенти, для утворення нерозчинної у воді фосфатної конверсійної плівки на металевій поверхні називається фосфатуванням. Технічні характеристики фосфатування наступні:
1) Плівка міцно з’єднується з підкладкою (товщина 1~50 мкм).
2) Час випробування на нейтральний сольовий туман (NSS) може досягати 10-20 годин, а деякі можуть досягати 72 годин.
3) Низька механічна міцність і крихка текстура.
4) Як кріплення, його крутний момент-узгодженість попереднього натягу є хорошою.
5) Колір темний, наприклад світло-сірий, і декоративний ефект поганий.
6) Низька чутливість до водневої крихкості, можна використовувати для високо-болтів.
7) Низька вартість.
2. Технологія металевих покриттів
Технологія металевого покриття — це процес обробки поверхні, який в основному утворює тонкий металевий шар на поверхні металевих матеріалів за допомогою технології металічного покриття для надання металевим матеріалам декоративних або захисних властивостей. У міському рейковому транспорті технологія металевого покриття для кріпильних деталей в основному полягає в цинкуванні, а також інших спеціальних металевих покриттях (хромування, нікель, кадміювання, посріблення тощо).
2.1 Оцинкування
Цинк і залізо змішуються, і їхній стандартний електродний потенціал становить -0,76 В. Для сталевої підкладки цинкове покриття є анодним, яке може краще захистити сталеву підкладку. Тому технологія цинкування дуже широко використовується в кріпильних виробах. Існує три поширених способи цинкування: гаряче цинкування, електрогальванізація та механічне цинкування.
2.1.1 Гаряче цинкування-
Гаряче{0}}цинкування — це процес занурення сталевих деталей у розплавлений рідкий цинк, що викликає серію фізичних і хімічних реакцій на поверхні заготовки з утворенням металевого цинкового покриття. Товщина покриття, нанесеного гарячим цинкуванням, є відносно великою (до 30~60 мкм), а його стійкість до корозії чудова. Він широко використовується в сталевих частинах, які тривалий час використовуються на відкритому повітрі (наприклад, телевізійні вежі, огорожі на магістралях тощо). Для кріпильних елементів гаряче цинкування зазвичай застосовується до болтів M6 і вище, але воно не може використовуватися для високоміцних кріплень. Основна причина полягає в тому, що робоча температура процесу гарячого-цинкування зануренням є відносно високою (400 градусів ~500 градусів), що легко спричинити розм’якшення високо{15}}міцних кріпильних елементів і знизити їх міцність.
2.1.2 Електроцинкування
Електрогальванічне цинкування – це використання принципу електролізу для формування однорідного, щільного та добре{0}}зв’язаного цинкового покриття на поверхні сталевих деталей. Товщина оцинкованого шару цинку є відносно малою (5~30 мкм), а його корозійна стійкість є найгіршою серед оцинкованих анти-корозійних обробок. Однак його процес простий, вартість низька, і він мало впливає на зачеплення різьби, тому він широко використовується в кріпильних виробах. Оскільки електрогальванізація має високу чутливість до водневої крихкості та важко повністю видалити водень (електрогальванічний шар відшаровується або відпаде, коли температура перевищує 100 градусів), електроцинкування не можна використовувати для високо-кріпильних виробів.
2.1.3 Механічне цинкування
Механічне цинкування відноситься до процесу обробки поверхні, під час якого сталеві частини утворюють цинкове покриття шляхом впливу на поверхню сталевих деталей ударними середовищами під дією хімічних речовин, таких як цинковий порошок, диспергатор і прискорювач. Товщина механічного оцинкованого шару зазвичай становить 5 ~ 50 мкм. Поверхня покриття щільна і однорідна, з хорошим декоративним ефектом і чудовою стійкістю до корозії; крім того, він не має таких недоліків, як високо-температурний відпуск і воднева крихкість, які існують під час гарячого-цинкування та електрогальванічного цинкування, тому це процес обробки поверхні, особливо придатний для захисту від-корозії кріплень.
2.2 Інші металеві покриття
2.2.1 Хромування
Як металеве покриття хром має міцну адгезію, хорошу зносостійкість, відмінний декоративний ефект і високу термостійкість (може використовуватися зазвичай нижче 500 градусів). Тому дуже ідеально використовувати хромоване покриття як металеве покриття кріплень.
До основних недоліків хромування відносяться:
1) Процес є складним, і перед хромуванням необхідно спочатку покрити нікель або мідь.
2) Висока ціна.
3) Хромове покриття є твердим і крихким, і його легко відпасти.
2.2.2 Нікелювання
Як металеве покриття нікель має хорошу електропровідність, високу твердість, гарний декоративний ефект і термостійкість (зазвичай може використовуватися при температурах нижче 600 градусів), тому для кріплень також ідеально використовувати нікель.
До основних недоліків нікелювання відносяться:
1) Процес є складним, і мідь повинна бути покрита спочатку перед нікелюванням (оригінальне «перед хромуванням» є помилкою).
2) Нікелеве покриття пористе, і корозія матриці прискорюється, коли покриття тонке.
3) Висока ціна.
2.2.3 Покриття кадмієм
Як металеве покриття кадмій є анодним покриттям, яке має характеристики сильної корозійної стійкості соляної кислоти, низької водневої крихкості та гарного декоративного ефекту. Він особливо підходить для кріплень, що використовуються в морських умовах (таких як кріплення морських літаків і нафтових бурових платформ).
Основними недоліками кадміювання є:
① Високе забруднення навколишнього середовища. Газ, що утворюється при плавленні кадмію, і розчинні солі кадмію є токсичними.
② Висока ціна.
2.2.4 Посріблення
Як металеве покриття, срібло має чудову електропровідність, відмінні характеристики відбиття, гарну змащувальну здатність і чудову термостійкість (зазвичай можна використовувати нижче 870 градусів). Тому посріблення широко використовується в таких галузях, як електроніка та електротехніка, високо-частотні компоненти (наприклад, електропровідні болти генератора, вихідні клеми автомобільного акумулятора).
До основних недоліків посріблення відносяться:
① Процес є складним, і перед срібленням спочатку потрібно покрити мідь.
② Ціна дуже висока.
2.2.5 Цинк-нікелеве покриття
Цинк-нікелеве композитне покриття — це новий тип металевого сплаву, розроблений на основі технології обробки поверхні цинкуванням, який має багато переваг:
1) Час випробування на нейтральний сольовий туман (NSS) може досягати 500~1500 годин.
2) Електродний потенціал покриття знаходиться між Fe та Zn, що більше підходить для складання з алюмінієвими деталями.
3) Висока твердість покриття та хороший декоративний ефект.
4) Воднева крихкість майже відсутня, можна використовувати длявисоко{0}}міцні кріплення.
5) Хороша термостійкість (може використовуватися зазвичай нижче 800 градусів; оригінальне "8009C" є помилкою).
Основним недоліком цинк-нікелевого покриття є його висока ціна (приблизно в 6 разів дорожча, ніж звичайне цинкування), але його відмінні повні характеристики визнаються дедалі ширше.
3. Технологія нанесення покриттів
Технологія нанесення покриттів — це технологія обробки поверхні, яка наносить певні покриття на поверхню предметів за допомогою певного обладнання та методів для утворення щільної, безперервної та рівномірної плівки на поверхні, а потім сушить і затверджує її природними або штучними методами для утворення захисного або декоративного покриття.
У кріпильних виробах найпоширенішою технологією покриття є цинк-хромоване покриття, яке являє собою покриття, утворене на поверхні сталевих деталей шляхом нанесення цинк-хромового покриття на сталеві деталі та випікання через повний-цикл замкнутого циклу, також відомий як обробка Dacromet. Він має такі відмінні характеристики:
1) Час випробування на нейтральний сольовий туман (NSS) може досягати 500~1000 годин.
2) Хороша проникність.
3) Відсутність чутливості до водневої крихкості.
4) Низьке забруднення навколишнього середовища.
5) Як кріплення, його крутний момент-узгодженість попереднього натягу дуже добра.
6) Помірна ціна (приблизно в 2 рази дорожча звичайної оцинковки).
Основними недоліками лікування Дакрометом є:
1) Низька зносостійкість (твердість всього 1 H).
2) Одноколірний (тільки сріблясто-білий і сріблясто-сірий), поганий декоративний ефект.
3) Погана електропровідність, не підходить для деталей з провідними з'єднаннями.
4. Зміна мікроструктури сталі
4.1 Зміна складу (наприклад, нержавіюча сталь)
Нержавіюча сталь – це абревіатура нержавіючої кислотостійкої-сталі, яка має чудову стійкість до корозії та гарний декоративний ефект і широко використовується в різних галузях. В даний час прийнято вважати, що механізм стійкості до корозії нержавіючої сталі в основному полягає в наступному:
1) Коли вміст Cr перевищує 13%, електродний потенціал сталі підвищиться від негативного потенціалу до позитивного, роблячи саму сталеву матрицю «інертною»;
2) Cr утворює щільну пасивну плівку, збагачену Cr-, на поверхні сталі для додаткового захисту матриці;
3) За мікроструктурою нержавіючу сталь можна розділити на мартенситну сталь, феритну сталь, аустенітну сталь, аустенітну-феритну нержавіючу сталь тощо. Серед них аустенітна нержавіюча сталь має найкращу стійкість до корозії, наприклад нержавіюча сталь серії A2 і A4.
Нержавіюча сталь в основному має такі недоліки:
① Низька межа текучості (зазвичай не більше 300 МПа), не підходить для з’єднання основних структурних частин;
② Схильність до заїдання різьби: коли болти з нержавіючої сталі затягуються, можна легко пошкодити поверхню різьби, і в цей час спонтанно утворюється оксидний шар, який ще більше погіршить адгезію болта та блокування;
③ Схильність до міжкристалітної корозії: за певної температури C і Cr у нержавіючій сталі утворюватимуть сполуки, особливо поблизу меж зерен, що призведе до появи «Cr-збіднених ділянок» на границях зерен і спричинить міжкристалітну корозію;
④ Низька корозійна стійкість до середовища Cl⁻ (крім нержавіючої сталі A4);
⑤ Висока ціна (приблизно в 4 рази вища, ніж лікування Dacromet).
4.2 Зміна стану термічної обробки
Сталеві матеріали мають переважно багатофазну структуру (домішки, карбіди, інтерметалічні сполуки та інші другі фази зазвичай існують як катоди в сталі, тоді як матриця Fe діє як анод). Існує різниця потенціалів між кожною фазою в багатофазній структурі, утворюючи корозійний мікроелемент. Друга фаза може бути фазою анодної пасивації або фазою катодного розчинення, обидві з яких впливатимуть на корозійну стійкість матриці.
Беручи як приклад нержавіючу сталь, процеси її зварювання та термічної обробки потребують особливої обережності. Після обробки високотемпературним розчином, якщо нержавіючу сталь нагріти від 400 до 850 градусів, велика кількість карбідів Cr₂₃C₆ і Cr₇C₃ буде випадати в осад уздовж меж зерен, утворюючи область, збіднену Cr- поблизу меж зерен. Карбіди діють як катод корозійної комірки, а область, збіднена Cr-, діє як анод корозійної комірки, таким чином спричиняючи міжкристалічну корозію та призводячи до значного зниження корозійної стійкості нержавіючої сталі.
