Șuruburi, piulițe, șuruburiși alte elemente de fixare sunt susceptibile la degradarea coroziunii după un serviciu pe termen lung{0}, ceea ce afectează stabilitatea și siguranța conexiunilor mecanice. În timpul fazei de proiectare a produsului, inginerii trebuie să selecteze cu atenție materialele, plăcile de suprafață și acoperirile de protecție în funcție de mediile reale de service pentru a atenua coroziunea, a preveni deteriorarea performanței și pierderea duratei de viață și pentru a garanta fiabilitatea operațională generală a echipamentelor mecanice. Această lucrare elaborează sistematic modurile obișnuite de coroziune, mecanismele interne și principiile de protecție ale acoperirilor de suprafață pentru elemente de fixare, oferind suport tehnic pentru selectarea materialelor și optimizarea anticoroziune a produselor de fixare.

1. Conceptul de bază al coroziunii

Coroziunea metalelor se referă la degradarea distructivă a substraturilor metalice cauzată de interacțiuni chimice sau electrochimice cu mediile ambientale și este unul dintre cele mai răspândite moduri de defecțiune a elementelor de fixare mecanice.

Coroziunea chimică pură apare atunci când elementele de fixare contactează direct substanțele chimice corozive fără participarea curentului electric. De exemplu, electrolitul acumulat scurs poate eroda direct suprafețele elementelor de fixare și poate deteriora materialele de bază. În serviciul industrial efectiv, majoritatea defecțiunilor de coroziune ale elementelor de fixare rezultă din reacții electrochimice indirecte, incluzând de obicei ruginarea oțelului și coroziunea galvanică.

Propagarea coroziunii în elemente de fixare seamănă cu carierea dinților. Are originea din minuscule defecte invizibile și se răspândește rapid, subminând treptat integritatea structurală a îmbinărilor filetate. Coroziunea progresivă consumă substraturi metalice, reduce rezistența mecanică și, în cele din urmă, duce la slăbirea sau ruperea elementelor de fixare. În plus, reacțiile galvanice pot induce, de asemenea, deteriorarea coroziunii componentelor conectate adiacente.

În afară de atenuarea convențională a rezistenței, coroziunea poate declanșa două tipuri speciale de defecțiuni. Primul este defecțiunile de coroziune induse de stres-, cum ar fi fragilizarea hidrogenului sub efectul de cuplare al coroziunii și al tensiunii de tracțiune. Al doilea este defectarea la oboseală prin coroziune, unde microfisurile generate în regiunile corodate se extind continuu sub sarcini alternative și în cele din urmă provoacă ruperea prin oboseală a elementelor de fixare.

Selectarea necorespunzătoare a materialului este o cauză cheie a coroziunii chimice. Coroziunea chimică are loc atunci când materialele de fixare sunt solubile în medii corozive. De exemplu, obișnuitșuruburi din oțel carbonva fi dizolvat rapid și corodat atunci când este expus la acid clorhidric. Pentru mediile corozive severe și previzibile, sunt preferate aliajele rezistente la coroziune-cum ar fi aliajele pe bază de oțel inoxidabil și nichel-. Între timp, pot fi adoptate acoperiri de protecție dense și impermeabile pentru a izola în mod fundamental mediile corozive și pentru a evita coroziunea chimică.

În aplicațiile industriale, coroziunea elementelor de fixare este dominată de coroziunea electrochimică condusă de curenți micro spontani, care prezintă o viteză de propagare mai mare și o gamă mai largă de deteriorare. Coroziunea electrochimică se bazează pe patru condiții indispensabile: regiuni anod și catod, medii electrolitice conductoare, diferență de potențial și bucle conductoare închise. Coroziunea electrochimică continuă va avea loc odată ce toate condițiile sunt îndeplinite.

1.1 Mecanismul de coroziune al oțelului carbon

Rugina este cea mai tipică și fundamentală formă de coroziune electrochimică a materialelor din oțel. Când picăturile de apă aderă la suprafețele de oțel, la interfața dintre substratul de oțel și electrolitul apos se formează o diferență de potențial, generând microcurenți electrici și inițiind reacția de ruginire. Reacțiile de oxidare au loc în regiunile anodice, unde atomii de fier ionizează și se dizolvă în electrolit. În mod corespunzător, reacțiile de reducere au loc în regiunile catodice, unde oxigenul atmosferic reacționează cu apa pentru a produce ioni de hidroxid.

Ionii de fier se combină cu ionii de hidroxid din electrolit, formând depuneri de oxid de fier, și anume rugină, pe suprafețele elementelor de fixare. Expunerea pe termen lung-la medii umede susține reacția electrochimică ciclică, care are ca rezultat eroziunea continuă a substratului și deteriorarea progresivă a coroziunii.

1.2 Coroziunea galvanică

Coroziunea galvanică, definită și ca coroziune metalică diferită, este un mod tipic de coroziune electrochimică. În concordanță cu coroziunea electrochimică generală, necesită patru condiții esențiale: anod, catod, electrolit și diferență de potențial. O buclă de coroziune închisă se formează atunci când două metale diferite cu potențiale diferite ale electrodului sunt în contact direct.

Când două metale diferite contactate sunt expuse la electrolit, metalul cu potențial de electrod mai mare acționează ca catod, în timp ce cel cu potențial mai mic servește ca anod. În bucla închisă, atomii metalului anodic sunt ionizați și consumați continuu, ceea ce duce la o eroare progresivă de coroziune. O diferență de potențial mai mare între cele două metale va accelera și va agrava coroziunea galvanică.

Tabelul din seria galvanică este un ghid esențial pentru proiectarea anticorozivă a elementelor de fixare. Poziția fiecărui metal în tabel reprezintă nivelul potențialului electrodului său. Cu cât cele două metale sunt separate în serie, cu atât diferența lor de potențial este mai mare și riscul de coroziune galvanică este mai mare. De exemplu, aliajul de magneziu și platina se află la cele două capete extreme ale seriei, făcându-le o combinație de asamblare incompatibilă. În schimb, metalele cu valori potențiale similare produc reacții electrochimice neglijabile și prezintă riscuri scăzute de coroziune.

Severitatea coroziunii galvanice este determinată de trei factori de bază:

(1) Diferența de potențial: distanța dintre două metale din seria galvanică determină direct gradul de coroziune. Combinația de piese din aluminiu și componente din oțel inoxidabil 316 suferă o coroziune galvanică mai severă decât potrivirea pieselor din oțel carbon și staniu.

(2) Activitatea electrolitului: o concentrație mai mare de ioni îmbunătățește conductivitatea electrolitului și accelerează reacțiile de coroziune. Saramura conține ioni abundenți și servește ca un electrolit mult mai activ decât apa deionizată, ceea ce duce la coroziune galvanică mai rapidă în mediile sărate.

(3) Raportul suprafeței anodului-catodului: o suprafață mai mare a catodului față de anod intensifică semnificativ coroziunea anodică. De exemplu, elementele de fixare mici din aluminiu asamblate pe plăci mari din oțel inoxidabil acționează ca anozi minusculi și se corodează rapid în mediile cu electroliți. Dimpotrivă, micelemente de fixare din oțel inoxidabilasortate cu plăci mari de aluminiu formează o zonă catodică mică, limitând coroziunea la marginea de contact și atenuând daunele generale.

1.3 Coroziunea prin frecare

Coroziunea prin frecare este un mod special de coroziune non{-chimică și non-electrochimică, care apare de obicei în condiții de frecare-înaltă. Alunecarea relativă și compresia continuă între suprafețele de împerechere uzează filmele de oxid de protecție native ale elementelor de fixare. Substratul metalic proaspăt nou expus intră direct în contact cu mediul extern și suferă o coroziune rapidă.

Elementele de fixare din oțel inoxidabil, aliaj de aluminiu și aliaj de titan sunt foarte sensibile la coroziunea prin frecare. Suprafețele lor de rezemare și zonele de îmbinare ale filetului depind în întregime de peliculele de oxid de protecție pentru rezistența la coroziune. Odată ce straturile de oxid sunt uzate, substratul va suferi daune continue și progresive prin coroziune.

1.4 Coroziunea în crăpături

Coroziunea în crăpături este un mod de coroziune electrochimică localizată ascuns. Apare în goluri metalice înguste, teșituri, tranziții de arc și zone predispuse la acumularea de praf și reținerea apei. Diferențele de concentrație a electrolitului în interiorul și în afara golurilor înguste declanșează reacții electrochimice localizate și provoacă deteriorarea selectivă prin coroziune a substraturilor metalice interne.

Coroziunea în crăpături este localizată și dificil de detectat în faza incipientă, ceea ce poate duce la daune structurale severe după o-cumulare pe termen lung. Între timp, un număr mare de hidrogen atomic generat în timpul coroziunii în crăpături va fi absorbit de matricea metalică, inducând cu ușurință fragilizarea hidrogenului și crescând riscul de rupere a elementelor de fixare.

1.5 Coroziune prin pitting

Coroziunea prin pitting este o formă de coroziune foarte localizată care generează gropi mici pe suprafețele metalice. Aceste micro defecte inițiale se adâncesc treptat și se extind în gropi de coroziune macroscopice evidente cu reacții de coroziune susținute.

În comparație cu alte moduri de coroziune, coroziunea prin pitting are o influență limitată asupra integrității structurale generale și a performanței mecanice a elementelor de fixare, fără a provoca defecțiuni rapide. Mecanismul său de bază constă în deficiența locală de oxigen pe suprafața metalului, care formează regiuni anodice independente, declanșează reacții electrochimice localizate și, în cele din urmă, se dezvoltă în gropi de coroziune adânci.

2. Mecanisme de protecție a elementelor de fixare

Pe baza mecanismelor de coroziune de mai sus, se pot adopta măsuri de optimizare structurală și de protecție a procesului pentru a elimina condițiile de coroziune și pentru a suprima reacțiile electrochimice. Există patru mecanisme de protecție anticorozivă de bază pentru elemente de fixare, care pot fi aplicate independent sau în combinație pentru a obține o performanță optimă anticorozivă.

2.1 Mecanismul de protecție a barierelor

Protecția barierelor este cea mai simplă metodă anti--coroziune. Un strat protector dens și continuu este acoperit pe suprafața metalică pentru a izola substratul de mediile corozive și pentru a bloca căile de propagare a coroziunii. Efectul său protector depinde în întregime de integritatea stratului de acoperire. Acoperirile intacte oferă protecție anti-coroziune stabilă-pe termen lung, în timp ce zgârieturile, decojirea sau uzura vor expune substratul și vor induce imediat coroziune. Aplicațiile tipice includ foliile de vopsea și alte acoperiri de protecție ne-metalice.

2.2 Mecanismul de protecție a anodului sacrificial

Mecanismul de protecție a anodului sacrificial adoptă o acoperire de suprafață mai activă care se corodează în mod preferențial pentru a proteja substratul metalic. Acest efect protector durează doar atunci când stratul de sacrificiu rămâne complet. Odată ce acoperirea este complet consumată, substratul va fi expus și corodat. Acoperirea electro-galvanizată este o aplicație tipică a acestui mecanism, în care zincul cu activitate chimică mai mare corodează de preferință pentru a proteja substraturile din oțel carbon.

2.3 Mecanismul de protecție a stratului de pasivare

Protecția la pasivare se bazează pe pelicule de oxid inerte, dense, formate spontan pe suprafețele metalice. Stratul de pasivare stabil din punct de vedere chimic izolează mediile corozive externe și oferă performanțe anticorozive pe termen lung--.Elemente de fixarefabricate din oțel inoxidabil, aliaj de titan și aliaj de aluminiu realizează rezistență durabilă la coroziune prin filmele lor native de pasivare.

2.4 Mecanism de protecție de auto-vindecare

Protecția cu auto--vindecare este o tehnologie anti-coroziune avansată și de-fiabilitate ridicată. Deteriorările ușoare ale straturilor de protecție sau ale filmelor de pasivizare pot fi reparate spontan în medii naturale pentru a menține performanța de protecție continuă. Deși domeniul său de aplicare este limitat, oferă o stabilitate excelentă la-coroziune. Pelicula de pasivare a oțelului inoxidabil austenitic posedă o capacitate remarcabilă de auto-vindecare, care se poate regenera rapid după deteriorări minore și poate restabili rezistența la coroziune.

3. Concluzie

Elementele de fixare sunt expuse la riscuri multiple de coroziune, inclusiv coroziunea chimică, coroziunea electrochimică, coroziunea prin fretting, coroziunea în crăpături și coroziunea prin pitting, toate acestea dăunând integrității structurale și reduc fiabilitatea conexiunii. Prin urmare, inginerii trebuie să evalueze pe deplin tipurile potențiale de coroziune și riscurile de defecțiune în funcție de condițiile de funcționare și caracteristicile de mediu în proiectarea inginerească și aplicarea practică. Selecția rezonabilă a materialelor, placarea optimizată și potrivirea acoperirii și îmbunătățirea structurală pot preveni sau întârzia eficient defecțiunea coroziunii, asigurând stabilitatea-pe termen lung a conexiunilor filetate și funcționarea în siguranță a echipamentelor mecanice.