Detaljan uvod u površinsku obradu za vijke visoke čvrstoće i otporne na koroziju

Pravilan odabir površinske obrade ključan je u dizajnu i odabiru spajala. Dostupan je širok izbor postupaka površinske obradespojnice. Projektanti će odabrati ekonomična i kompatibilna rješenja u skladu s radnim uvjetima, zahtjevima otpornosti na koroziju, performansama sklopa, temperaturom okoline, standardima zaštite okoliša i proračunom troškova. Većina komercijalnih zatvarača izrađena je od ugljičnog čelika ili legiranog čelika, koji su osjetljivi na koroziju. Čak i pričvršćivači proizvedeni od materijala otpornih na koroziju zahtijevaju površinsku obradu kako bi se izolirali korozivni mediji i odgodila oksidacija.

Premazi pričvršćivača moraju imati jaku adheziju, bez ljuštenja tijekom sastavljanja i rastavljanja i odgovarajuću debljinu koja ne ometa zahvat navoja. Osim toga, granica otpornosti na temperaturu većine premaza je niža nego kod osnovnog čeličnog materijala; stoga se radna temperatura mora uzeti u obzir tijekom odabira. Osim izgleda i antikorozivnih funkcija, površinska obrada uvelike utječe na izvedbu pričvršćivanja spojnih elemenata, posebno na postojanost sile zakretnog momenta i predopterećenja. Profesionalni dizajn sveobuhvatno uravnotežuje otpornost na koroziju, mogućnost izrade montaže, radnu stabilnost i usklađenost s okolišem. Ovaj članak predstavlja glavne procese površinske obrade za spojne elemente visoke čvrstoće i otporne na koroziju.

1. Elektro-cinčanje

Elektropocinčavanje je najčešće korišteni premaz za komercijalne spojne elemente. Isplativ je s urednim izgledom i dostupan u više završnih obrada uključujući bijeli cink, žuti cink, crni cink i sivomaslinasti. Međutim, nudi relativno slabu otpornost na koroziju među premazima na bazi cinka. Vijek trajanja neutralnog slanog spreja (NSS) kod konvencionalnog elektrogalvaniziranja je unutar 72 sata. Uz napredna sredstva za brtvljenje, otpornost na slani sprej može premašiti 200 sati, ali je cijena 5 do 8 puta veća od običnog cinčanja.

Proces galvanizacije lako uzrokuje vodikovu krtost. U skladu s tim, vijci visoke čvrstoće stupnja 10.9 i više općenito su zabranjeni za obično elektrogalvansko pocinčavanje. Iako je dehidrogenacija pečenja izvediva, pasivacijski film će se oštetiti iznad 60 stupnjeva. Stoga se dehidrogenacija mora izvesti nakon galvanizacije i prije pasivizacije, što rezultira kompliciranim radom i visokim troškovima. Većina proizvođača ne provodi dehidrogenaciju osim ako to kupci posebno ne zahtijevaju.

Elektro-galvanizirani pričvrsni elementi pokazuju lošu i nestabilnu konzistentnost zakretnog momenta i predopterećenja, tako da se općenito ne koriste za kritične strukturalne spojeve. Premaz maziva nakon galvanizacije može se nanijeti kako bi se poboljšala stabilnost zakretnog momenta i dosljednost predopterećenja.

2. Fosfatiranje

Fosfatiranje je jeftinije od elektrogalvanizacije, ali pruža nižu osnovnu otpornost na koroziju. Za učinkovitu zaštitu mora biti zabrtvljen uljem. Obično ulje protiv hrđe pruža samo 10 do 20 sati otpornosti na NSS, dok visokokvalitetno ulje protiv hrđe to može produžiti na 72 do 96 sati po 2 do 3 puta većoj cijeni.

Dvije glavne vrste fosfatiranja primjenjuju se na pričvršćivače: fosfatiranje cinkom i fosfatiranje manganom. Fosfatiranje cinkom nudi izvrsnu sposobnost podmazivanja za preciznu montažu, dok fosfatiranje manganom pruža vrhunsku otpornost na koroziju i habanje s rasponom radne temperature od 107 stupnjeva do 204 stupnja (225 stupnjeva F do 400 stupnjeva F).

Najveća prednost fosfatiranja je izvrsna konzistentnost zakretnog momenta i prednaprezanja, čime se osigurava stabilno i točno prednaprezanje sklopa. Naširoko se koristi u kritičnim industrijskim spojevima kao što su sklopovi čeličnih konstrukcija, vijci klipnjače motora, vijci glave cilindra, pričvrsni elementi glavnih ležajeva, zamašnjak i vijci kotača. Nadalje, fosfatiranje ne uzrokuje vodikovu krtost, što ga čini standardnom površinskom obradom za vijke visoke čvrstoće stupnja 10.9 i viših.

3. Oksidno plavilo (crni oksidni premaz)

Bluing plus uljno brtvljenje najjeftiniji je površinski tretman za industrijske spojne elemente urednog izgleda, pogodan za suha unutarnja okruženja. Sam crni oksidni film nema gotovo nikakvu antikorozivnu sposobnost i u potpunosti se oslanja na površinsku zaštitu ulja. Bez ulja, površina brzo hrđa. Otpornost na NSS za uljno zabrtvljene modre spojeve je samo 3 do 5 sati.

Plavi pričvršćivači imaju lošu konzistentnost zakretnog momenta i predopterećenja. Mast za podmazivanje nanesena na površine navoja prije sastavljanja može poboljšati kvalitetu zahvata i stabilnost predopterećenja.

4. Presvlačenje kadmijem

Presvlačenje kadmijem pruža izvanrednu otpornost na koroziju, posebno vrhunske performanse slanog spreja u morskom okruženju u usporedbi s konvencionalnim tretmanima. Međutim, njegova obrada otpadnih voda teška je i opasna po okoliš s iznimno visokim troškovima proizvodnje, otprilike 15 do 20 puta većim od troškova elektrogalvanizacije. Prilagođen je samo za ekstremne uvjete rada kao što su platforme za bušenje na moru i pričvršćivači za zrakoplove, a rijetko se koristi u općoj industriji. Prekrivanje kadmijem također uzrokuje vodikovu krtost i nije prikladno za ultra‑vijci visoke čvrstoće.

5. Kromiranje

Kromni premazi su kemijski stabilni u atmosferskim okruženjima s izvrsnim zadržavanjem sjaja, visokom tvrdoćom i vrhunskom otpornošću na trošenje. Na spojnicama se kromiranje uglavnom koristi u dekorativne svrhe. Rijetko se koristi za teške primjene protiv korozije zbog visoke cijene usporedive s nehrđajućim čelikom. Primjenjuje se samo kada nehrđajući čelik ne može zadovoljiti zahtjeve čvrstoće.

Kromiranje zahtijeva podsloje od bakra i nikla kako bi se osigurala adhezija i otpornost na koroziju. Premaz može izdržati visoke temperature do 650 stupnjeva (1200 stupnjeva F), ali vodikova krtost ostaje potencijalni rizik za vijke visoke čvrstoće.

6. Posrebrenje i niklanje

Posrebrenje osigurava otpornost na koroziju i čvrsto podmazivanje. Održava stabilne performanse na temperaturama do 870 stupnjeva (1600 stupnjeva F) i učinkovito sprječava oksidaciju konca i zaglavljivanje u uvjetima visoke temperature. Zbog ograničenja troškova, uglavnom se koristi za matice i male precizne vijke u opremi za visoke temperature.

Niklanje se primarno koristi za scenarije koji zahtijevaju i otpornost na koroziju i električnu vodljivost, kao što su terminalni pričvršćivači za akumulatore vozila.

7. Vruće pocinčavanje (HDG)

Vruće pocinčavanje je visokotemperaturna toplinska difuzijska prevlaka cinka debljine od 15 do 100 μm i izvrsne otpornosti na koroziju, naširoko se koristi za tešku vanjsku inženjersku opremu. Pati od loše ujednačenosti debljine i ozbiljnog onečišćenja okoliša uzrokovanog ostacima cinka i parama cinka tijekom proizvodnje.

Debeli premaz često uzrokuje zaglavljivanje niti i teško zahvaćanje. Uobičajena rješenja uključuju urezivanje unutarnjih navoja nakon pocinčavanja (što oštećuje djelomični premaz i smanjuje otpornost na koroziju) ili prethodno povećanje rupa za navoje matice za 0,16 do 0,75 mm (za M5–M30) prije pocinčavanja (što malo smanjuje čvrstoću strukture). Dizajn navoja protiv labavljenja Spiralock može riješiti ovaj problem nanošenjem debelih premaza uz zadržavanje pune otpornosti na koroziju i mehaničke čvrstoće.

Zbog visoke temperature obrade mijenja se metalografska strukturatoplinski obrađeni vijci, vruće pocinčavanje je zabranjeno za pričvršćivače razreda 10.9 i više.

8. Difuzija cinka u prahu

Difuzija cinka u prahu metalurški je postupak toplinske difuzije u čvrstom stanju koji stvara jednolike premaze na složenim površinama kao što su navoji i slijepe rupe. Debljina premaza je u rasponu od 10 do 110 μm s kontroliranom greškom debljine unutar 10%. Od svih tretmana na bazi cinka, pruža najveću čvrstoću lijepljenja i korozijsku stabilnost s nultim onečišćenjem i vodikovom krhkošću, idealno za visokoprecizne spojne elemente visoke čvrstoće i visoke otpornosti na koroziju.

9. Dacromet premaz

Dacromet (prevlaka cink-krom) ima nulti rizik od vodikove krtosti i izvrsnu konzistentnost zakretnog momenta i predopterećenja. Pruža vrhunsku otpornost na slani sprej, stabilnost na visokim temperaturama i otpornost na kemijsku koroziju te učinkovito sprječava galvansku koroziju i oksidativnu krtost uzrokovanu kontaktom s različitim metalima. Isključujući ekološka ograničenja heksavalentnog kroma, to je jedan od najboljih površinskih tretmana za spojne elemente visoke čvrstoće koji zahtijevaju ekstremnu otpornost na koroziju.

Uobičajeni Dacromet stupnjevi uključuju 9028, G917 i G980, dostupni u srebrnoj i crnoj boji. Grade 9028 je ekonomična formula za konvencionalnu zaštitu od korozije; G917 nudi izvrsnu kemijsku otpornost za složena medijska okruženja; G980 pruža izvanrednu otpornost na visoke temperature za kontinuirani rad iznad 200 stupnjeva.

U skladu s ekološkim direktivama ELV, WEEE i RoHS, Dacromet se široko primjenjuje u automobilskoj industriji, industriji kućanskih uređaja i građevinarstvu. Pogodan je za visokotemperaturne i jako korozivne komponente kao što su toplinski štitnici ispušnih plinova automobila, radijatori, dijelovi šasije, plinomjeri i brodska oprema.