Uvod u uobičajene antikorozivne tehnologije za pričvršćivače

Pričvršćivačisu najčešće komponente u mehaničkoj opremi koja se koristi za pričvršćivanje spojeva, a sve se koriste u specifičnim okruženjima. Dugotrajna interakcija između spojnica i okoline uvijek će mijenjati njihovo stanje i performanse, odnosno dolazi do korozije koja je jedan od glavnih oblika kvara spojnica. Blaga korozija spojnih elemenata utjecat će na odvojivost i mogućnost ponovne upotrebe navoja, dok će jaka korozija oštetiti čvrstoću veze između komponenti, pa čak i dovesti do iznenadnog kvara obratka i katastrofalnih nesreća. Stoga je zaštita od korozije spojnih elemenata oduvijek bila predmet velike brige.

Uobičajene tehnologije protiv korozije za spojne elemente

Antikorozivna obrada spojnih elemenata obično stvara premaz ili antikorozivni sloj na površini obratka određenim metodama kako bi se spriječilo vanjsko okruženje da utječe na same spojne elemente i postigao učinak otpornosti na koroziju. Postoje četiri glavne uobičajene tehnologije za zaštitu od korozije za pričvršćivače: tehnologija obrade filma, tehnologija metalne galvanizacije, tehnologija premazivanja i promjena unutarnje strukture metala (kao što je nehrđajući čelik).

1. Tehnologija obrade filma

Tehnologija obrade filma uglavnom se odnosi na proces stvaranja stabilnog filma kemijske (elektrokemijske) konverzije na metalnoj površini korištenjem kemijskih ili elektrokemijskih metoda. Na primjer, u gradskim željezničkim vozilima, obrada crnjenjem/pomodrivanjem i obrada fosfatiranjem naširoko se koriste za obradu slojem spojnih elemenata.

1.1 Pocrnjenje i plavljenje

Postupak stavljanja čeličnih dijelova u koncentriranu alkalnu otopinu koja sadrži oksidanse i njihova obrada na oko 140 stupnjeva tijekom određenog vremenskog razdoblja kako bi se formirao kemijski oksidni film (uglavnom sastavljen od Fe₃O₄) na površini čeličnih dijelova naziva se obrada crnjenjem/pomodrivanjem.

Tehničke karakteristike tretmana crnjenja/plavljenja:

1) Debljina filma je 0,5-1,5 μm.

2) Vrijeme ispitivanja neutralnog slanog spreja (NSS) općenito je samo 2 ~ 5 sati, u kojem vremenu je oksidni film puknuo, pa će se čak pojaviti i puno hrđe.

3) Niska osjetljivost na vodikovu krtost, može se koristiti zavijci visoke čvrstoće.

4) Kao pričvršćivač, njegova konzistencija zakretnog momenta i predopterećenja je loša.

5) Svijetla boja i dobar dekorativni učinak.

6) Niska cijena.

1.2 Tretman fosfatiranjem

Postupak uranjanja čeličnih dijelova u otopinu koja sadrži mangan, fosfornu kiselinu, fosfat i druge reagense kako bi se formirao u vodi netopivi fosfatni film za konverziju na površini metala naziva se obrada fosfatom. Tehničke karakteristike obrade fosfatiranja su sljedeće:

1) Film je čvrsto povezan s podlogom (debljina 1~50 μm).

2) Vrijeme ispitivanja neutralnog slanog spreja (NSS) može doseći 10~20 sati, a neki mogu doseći 72 sata.

3) Loša mehanička čvrstoća i lomljiva tekstura.

4) Kao pričvršćivač, njegova konzistencija zakretnog momenta i predopterećenja je dobra.

5) Boja je tamna poput svijetlo sive, a dekorativni učinak je loš.

6) Niska osjetljivost na vodikovu krtost, može se koristiti za vijke visoke čvrstoće.

7) Niska cijena.

2. Tehnologija metaliziranja

Tehnologija metaliziranja je proces površinske obrade koji uglavnom stvara tanki metalni sloj na površini metalnih materijala korištenjem tehnologije metaliziranja kako bi se metalnim materijalima dala dekorativna ili zaštitna svojstva. U gradskim željezničkim vozilima, tehnologija prevlačenja metala za pričvršćivače uglavnom je pocinčavanje, kao i drugih posebnih metalnih prevlaka (kromiranje, poniklavanje, kadmijevanje, posrebrenje itd.).

2.1 Pocinčavanje

Cink i željezo se mogu miješati, a njihov standardni elektrodni potencijal je -0,76 V. Za čeličnu podlogu, cinčana prevlaka je anodna prevlaka, koja može bolje zaštititi čeličnu podlogu. Stoga se tehnologija pocinčavanja vrlo široko koristi u spojnim elementima. Postoje tri uobičajene metode pocinčavanja: vruće pocinčavanje, elektropocinčavanje i mehaničko pocinčavanje.

2.1.1 Vruće pocinčavanje

Vruće pocinčavanje odnosi se na proces uranjanja čeličnih dijelova u rastaljeni tekući cink, uzrokujući niz fizičkih i kemijskih reakcija na površini obratka kako bi se stvorio metalni cink premaz. Debljina prevlake vruće pocinčane je relativno debela (do 30~60 μm), a otpornost na koroziju je izvrsna. Naširoko se koristi u čeličnim dijelovima koji se dugo koriste na otvorenom (kao što su TV tornjevi, zaštitne ograde na autocestama itd.). Za pričvršćivače, vruće pocinčavanje općenito je primjenjivo na vijke M6 i više, ali se ne može koristiti za pričvršćivače visoke čvrstoće. Glavni razlog je taj što je radna temperatura procesa vrućeg cinčanja relativno visoka (400 stupnjeva ~ 500 stupnjeva), što lako uzrokuje omekšavanje pričvrsnih elemenata visoke čvrstoće i smanjuje njihovu čvrstoću.

2.1.2 Elektrocinčanje

Elektrogalvanizacija je uporaba principa elektrolize za stvaranje jednolike, guste i dobro vezane prevlake cinka na površini čeličnih dijelova. Debljina elektrogalvaniziranog cinkovog sloja je relativno tanka (5 ~ 30 μm), a njegova otpornost na koroziju najlošija je među pocinčanim antikorozivnim tretmanima. Međutim, njegov je postupak jednostavan, cijena je niska i ima mali utjecaj na zahvaćanje navoja, pa se naširoko koristi u spojnicama. Budući da elektrogalvansko pocinčavanje ima visoku osjetljivost na vodikovu krtost i teško je potpuno ukloniti vodik (elektrocinčani sloj će se oljuštiti ili otpasti kada je temperatura iznad 100 stupnjeva), elektrocinčanje se ne može koristiti za spojne elemente visoke čvrstoće.

2.1.3 Mehaničko pocinčavanje

Mehaničko pocinčavanje odnosi se na proces površinske obrade u kojem čelični dijelovi stvaraju cinčanu prevlaku utjecajem na površinu čeličnih dijelova udarnim medijem pod djelovanjem kemijskih tvari kao što su cink u prahu, disperzanti i akcelerator. Debljina mehanički pocinčanog sloja općenito je 5~50 μm. Površina premaza je gusta i ujednačena, s dobrim dekorativnim učinkom i izvrsnom otpornošću na koroziju; štoviše, nema nedostataka kao što su kaljenje na visokim temperaturama i vodikova krtost koji postoje kod vrućeg pocinčavanja i elektrocinčanja, tako da je to postupak površinske obrade posebno prikladan za zaštitu od korozije spojnih elemenata.

2.2 Ostale metalne obloge

2.2.1 Kromiranje

Kao metalni premaz, krom ima karakteristike snažnog prianjanja, dobre otpornosti na habanje, izvrsnog dekorativnog učinka i visoke toplinske otpornosti (može se normalno koristiti ispod 500 stupnjeva). Stoga je vrlo idealno koristiti kromirani premaz kao metalni premaz spojnih elemenata.

Glavni nedostaci kromiranja su sljedeći:

1) Proces je složen, a prije kromiranja potrebno je prvo presvući nikl ili bakar.

2) Visoka cijena.

3) Kromirana presvlaka je tvrda i lomljiva i lako otpada.

2.2.2 Niklanje

Kao metalna prevlaka, nikal ima dobru električnu vodljivost, visoku tvrdoću, dobar dekorativni učinak i otpornost na toplinu (može se normalno koristiti ispod 600 stupnjeva), tako da je također idealno koristiti niklovanu prevlaku za pričvršćivače.

Glavni nedostaci poniklavanja su sljedeći:

1) Proces je složen, a bakar se prvo mora presvući prije poniklavanja (izvorni "prije kromiranja" je tipfeler).

2) Premaz nikla je porozan, a korozija matrice će se ubrzati kada je premaz tanak.

3) Visoka cijena.

2.2.3 Presvlačenje kadmijem

Kao metalna prevlaka, kadmij je anodna prevlaka, koja ima karakteristike jake otpornosti na koroziju klorovodične kiseline, niske vodikove krtosti i dobrog dekorativnog učinka. Posebno je prikladan za spojne elemente koji se koriste u pomorskom okruženju (kao što su spojni elementi pomorskih zrakoplova i platformi za bušenje nafte).

Glavni nedostaci prevlačenja kadmijem su sljedeći:

① Visoko zagađenje okoliša. Plin koji nastaje pri taljenju kadmija i topljive soli kadmija su otrovni.

② Visoka cijena.

2.2.4 Posrebrenje

Kao metalni premaz, srebro ima izvrsnu električnu vodljivost, izvrsnu refleksiju, dobru mazivost i izvrsnu otpornost na toplinu (može se normalno koristiti ispod 870 stupnjeva). Stoga se posrebrenje naširoko koristi u područjima kao što su elektronika i elektrotehnika, visokofrekventne komponente (kao što su vodljivi vijci generatora, izlazni terminali akumulatora vozila).

Glavni nedostaci posrebrenja su sljedeći:

① Proces je složen, a prije posrebrenja prvo se mora presvući bakar.

② Cijena je vrlo skupa.

2.2.5 Prekrivanje cink-niklom

Kompozitni premaz cink-nikal je nova vrsta premaza od legure metala razvijena na temelju tehnologije površinske obrade cinčanja, koja ima mnoge prednosti:

1) Vrijeme ispitivanja neutralnog slanog spreja (NSS) može doseći 500~1500 sati.

2) Potencijal elektrode prevlake je između Fe i Zn, što je prikladnije za sklapanje s aluminijskim dijelovima.

3) Visoka tvrdoća premaza i dobar dekorativni učinak.

4) Gotovo bez vodikove krtosti, može se koristiti zapričvršćivači visoke čvrstoće.

5) Dobra otpornost na toplinu (može se normalno koristiti ispod 800 stupnjeva; izvorni "8009C" je tipfeler).

Glavni nedostatak cink-nikal premaza je njegova visoka cijena (oko 6 puta veća od običnog cinčanja), ali njegova izvrsna opsežna izvedba sve je više prepoznata.

3. Tehnologija premazivanja

Tehnologija premazivanja je tehnologija površinske obrade koja nanosi specifične premaze na površinu predmeta pomoću određene opreme i metoda kako bi se stvorio gusti, kontinuirani i jednolični film na površini, a zatim ga suši i stvrdnjava prirodnim ili umjetnim metodama kako bi se formirao zaštitni ili dekorativni premaz.

U pričvršćivačima, tehnologija premazivanja koja se najviše koristi je tehnologija premazivanja cink-krom, što je premaz formiran na površini čeličnih dijelova nanošenjem premaza cink-krom na čelične dijelove i pečenjem kroz puni ciklus premazivanja u zatvorenom krugu, također poznat kao Dacromet obrada. Ima sljedeće izvrsne karakteristike:

1) Vrijeme ispitivanja neutralnog slanog spreja (NSS) može doseći 500~1000 sati.

2) Dobra propusnost.

3) Nema osjetljivosti na vodikovu krtost.

4) Nisko zagađenje okoliša.

5) Kao pričvršćivač, njegova konzistencija zakretnog momenta i predopterećenja je vrlo dobra.

6) Umjerena cijena (oko 2 puta veća od običnog cinčanja).

Glavni nedostaci liječenja Dacrometom su sljedeći:

1) Slaba otpornost na trošenje (tvrdoća je samo 1 H).

2) Jedna boja (samo srebrno bijela i srebrno siva), loš dekorativni učinak.

3) Loša električna vodljivost, nije prikladno za dijelove s vodljivim spojevima.

4. Promjena mikrostrukture čelika

4.1 Promjena sastava (kao što je nehrđajući čelik)

Nehrđajući čelik je skraćenica za nehrđajući čelik otporan na kiseline, koji ima izvrsnu otpornost na koroziju i dobar dekorativni učinak, a široko se koristi u raznim područjima. Trenutačno se općenito vjeruje da je mehanizam otpornosti nehrđajućeg čelika na koroziju uglavnom sljedeći:

1) Kada sadržaj Cr prijeđe 13%, potencijal elektrode čelika će porasti od negativnog potencijala do pozitivnog potencijala, čineći samu čeličnu matricu "inertnom";

2) Cr će formirati gusti pasivni film bogat Crom na čeličnoj površini za dodatnu zaštitu matrice;

3) Nehrđajući čelik se prema mikrostrukturi može podijeliti na martenzitni čelik, feritni čelik, austenitni čelik, austenitno-feritni nehrđajući čelik itd. Među njima, austenitni nehrđajući čelik ima najbolju otpornost na koroziju, kao što su nehrđajući čelik serije A2 i A4.

Nehrđajući čelik uglavnom ima sljedeće nedostatke:

① Niska granica razvlačenja (općenito ne više od 300 MPa), nije prikladna za spajanje glavnih strukturnih dijelova;

② Sklonost zapinjanju navoja: kada su vijci od nehrđajućeg čelika zategnuti, lako je oštetiti površinu navoja, au tom će se trenutku spontano stvoriti sloj oksida, što će dodatno pogoršati prianjanje i zaključavanje vijka;

③ Sklonost interkristalnoj koroziji: na određenoj temperaturi, C i Cr u nehrđajućem čeliku stvarat će spojeve, posebno u blizini granica zrna, što će dovesti do pojave "Cr-osiromašenih područja" na granicama zrna i uzrokovati interkristalnu koroziju;

④ Slaba otpornost na koroziju na Cl⁻ medij (osim A4 nehrđajućeg čelika);

⑤ Visoka cijena (otprilike 4 puta veća od cijene liječenja Dacrometom).

4.2 Promjena stanja toplinske obrade

Čelični materijali su uglavnom višefazne strukture (nečistoće, karbidi, intermetalni spojevi i druge druge faze obično postoje kao katode u čeliku, dok Fe matrica djeluje kao anoda). Postoji potencijalna razlika između svake faze u višefaznoj strukturi, tvoreći korozijsku mikroćeliju. Druga faza može biti ili faza anodne pasivizacije ili faza katodnog otapanja, a obje će utjecati na otpornost matrice na koroziju.

Uzimajući za primjer nehrđajući čelik, njegovi postupci zavarivanja i toplinske obrade zahtijevaju dodatni oprez. Nakon obrade visokotemperaturnom otopinom, ako se nehrđajući čelik zagrije između 400 stupnjeva i 850 stupnjeva, veliki broj Cr₂₃C₆ i Cr₇C3 karbida će se istaložiti duž granica zrna, tvoreći područje osiromašeno Crom u blizini granica zrna. Karbidi djeluju kao katoda korozijske ćelije, a područje osiromašeno Crom djeluje kao anoda korozijske ćelije, uzrokujući tako interkristalnu koroziju i dovodeći do značajnog smanjenja otpornosti nehrđajućeg čelika na koroziju.