Elemente de fixaresunt cele mai comune componente în echipamentele mecanice utilizate pentru fixarea conexiunilor, toate fiind utilizate în medii specifice. Interacțiunea-pe termen lung dintre elementele de fixare și mediul înconjurător își va schimba întotdeauna starea și performanța, adică apare coroziune, care este una dintre principalele forme de defectare a elementelor de fixare. Coroziunea ușoară a elementelor de fixare va afecta detașarea și reutilizarea firelor, în timp ce coroziunea severă va deteriora rezistența conexiunii dintre componente și va duce chiar la defectarea bruscă a pieselor de prelucrat și la accidente catastrofale. Prin urmare, anti-coroziunea elementelor de fixare a fost întotdeauna un subiect de mare îngrijorare.
Tehnologii obișnuite anti-coroziune pentru elemente de fixare
Tratamentul anti-coroziv al elementelor de fixare formează, de obicei, un strat de acoperire sau anti-coroziune pe suprafața piesei de prelucrat prin anumite metode pentru a preveni ca mediul extern să afecteze elementele de fixare în sine și să obțină efectul de rezistență la coroziune. Există patru tehnologii anti--coroziune principale pentru elementele de fixare: tehnologia de tratare a filmului, tehnologia de placare a metalelor, tehnologia de acoperire și modificarea structurii interne a metalului (cum ar fi oțelul inoxidabil).
1. Tehnologia de tratare a filmului
Tehnologia de tratare a filmului se referă în principal la procesul de generare a unei pelicule de conversie chimică (electrochimică) stabilă pe suprafața metalului prin utilizarea metodelor chimice sau electrochimice. De exemplu, în vehiculele feroviare urbane, tratamentul de înnegrire/albăstruire și tratamentul de fosfatare sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea filmului de elemente de fixare.
1.1 Înnegrire și albastru
Procesul de plasare a pieselor de oțel într-o soluție alcalină concentrată care conține oxidanți și de tratare a acestora la aproximativ 140 de grade pentru o anumită perioadă de timp pentru a forma o peliculă chimică de oxid (compusă în principal din Fe₃O₄) pe suprafața pieselor de oțel se numește tratament de înnegrire/albăstruire.
Caracteristici tehnice ale tratamentului de înnegrire/albăstruire:
1) Grosimea filmului este de 0,5-1,5 μm.
2) Timpul testului de pulverizare cu sare neutră (NSS) este în general de numai 2 ~ 5 ore, moment în care filmul de oxid s-a rupt și chiar va apărea multă rugina.
3) Sensibilitate scăzută la fragilizarea hidrogenului, poate fi utilizat pentrușuruburi de{0}}înaltă rezistență.
4) Ca element de fixare, cuplul său-consistența preîncărcării este slabă.
5) Culoare strălucitoare și efect decorativ bun.
6) Cost redus.
1.2 Tratamentul de fosfatare
Procesul de scufundare a pieselor de oțel într-o soluție care conține mangan, acid fosforic, fosfat și alți reactivi pentru a forma o peliculă de conversie a fosfatului insolubilă în apă-pe suprafața metalului se numește tratament de fosfatare. Caracteristicile tehnice ale tratamentului cu fosfatare sunt următoarele:
1) Filmul este ferm combinat cu substratul (grosime 1~50 μm).
2) Timpul testului de pulverizare cu sare neutră (NSS) poate ajunge la 10 ~ 20 de ore, iar unele pot ajunge la 72 de ore.
3) Rezistență mecanică slabă și textura fragilă.
4) Ca element de fixare, consistența sa de preîncărcare-cuplului este bună.
5) Culoarea este închisă, cum ar fi gri deschis, iar efectul decorativ este slab.
6) Sensibilitate scăzută la fragilizarea hidrogenului, poate fi utilizată pentru șuruburi cu rezistență mare-.
7) Cost redus.
2. Tehnologia de placare cu metal
Tehnologia de placare cu metal este un proces de tratare a suprafeței care formează în principal un strat subțire de metal pe suprafața materialelor metalice prin utilizarea tehnologiei de placare pentru a conferi materialelor metalice proprietăți decorative sau de protecție. La vehiculele feroviare urbane, tehnologia de placare cu metal pentru elemente de fixare este în principal galvanizarea, precum și alte placari metalice speciale (cromare, nichelare, placare cu cadmiu, placare cu argint etc.).
2.1 Galvanizarea
Zincul și fierul sunt miscibile, iar potențialul lor standard al electrodului este de -0,76 V. Pentru substratul din oțel, acoperirea cu zinc este un strat anodic, care poate proteja mai bine substratul din oțel. Prin urmare, tehnologia de galvanizare este utilizată pe scară largă în elemente de fixare. Există trei metode comune de galvanizare: galvanizare la cald, electrozincare și galvanizare mecanică.
2.1.1 Galvanizare la cald-
Galvanizarea la cald-se referă la procesul de scufundare a pieselor de oțel în zinc lichid topit, provocând o serie de reacții fizice și chimice pe suprafața piesei de prelucrat pentru a forma o acoperire metalică cu zinc. Grosimea stratului de zincare la cald-este relativ groasă (până la 30~60 μm), iar rezistența sa la coroziune este excelentă. Este utilizat pe scară largă în piesele din oțel folosite în aer liber pentru o lungă perioadă de timp (cum ar fi turnuri TV, balustrade de autostradă etc.). Pentru elemente de fixare, galvanizarea la cald-se aplică în general șuruburilor de la M6 și mai sus, dar nu poate fi utilizată pentru elementele de fixare-de rezistență ridicată. Motivul principal este că temperatura de funcționare a procesului de galvanizare la cald-este relativ ridicată (400 de grade ~ 500 de grade ), ceea ce este ușor să provoace înmuierea temperării elementelor de fixare-de înaltă rezistență și să le reducă rezistența.
2.1.2 Electrogalvanizarea
Electrogalvanizarea este utilizarea principiului electrolizei pentru a forma un strat de zinc uniform, dens și bine lipit pe suprafața pieselor din oțel. Grosimea stratului de zinc electrogalvanizat este relativ subțire (5~30 μm), iar rezistența sa la coroziune este cea mai slabă dintre tratamentele anticorozive de galvanizare. Cu toate acestea, procesul său este simplu, costul este scăzut și are un impact redus asupra angajării firului, așa că este utilizat pe scară largă în elemente de fixare. Deoarece electrogalvanizarea are o sensibilitate mare la fragilizarea hidrogenului și este dificil să se îndepărteze complet hidrogenul (stratul electrogalvanizat se va desprinde sau se va desprinde atunci când temperatura este peste 100 de grade), electrogalvanizarea nu poate fi utilizată pentru elementele de fixare-de înaltă rezistență.
2.1.3 Galvanizare mecanică
Galvanizarea mecanică se referă la un proces de tratare a suprafeței în care piesele din oțel formează o acoperire de zinc prin lovirea suprafeței pieselor din oțel cu medii de impact sub acțiunea unor substanțe chimice cum ar fi pulberea de zinc, dispersantul și acceleratorul. Grosimea stratului galvanizat mecanic este în general de 5~50 μm. Suprafața acoperirii este densă și uniformă, cu efect decorativ bun și rezistență excelentă la coroziune; în plus, nu are deficiențe precum revenirea la temperatură înaltă și fragilizarea hidrogenului existent în galvanizarea la cald și electrogalvanizarea, deci este un proces de tratare a suprafeței potrivit în special pentru anticoroziunea elementelor de fixare.
2.2 Alte placari metalice
2.2.1 Cromarea
Ca acoperire metalică, cromul are caracteristicile de aderență puternică, rezistență bună la uzură, efect decorativ excelent și rezistență ridicată la căldură (poate fi utilizat în mod normal sub 500 de grade). Prin urmare, este foarte ideal să folosiți acoperirea cu crom ca acoperire metalică a elementelor de fixare.
Principalele dezavantaje ale cromării sunt următoarele:
1) Procesul este complex, iar nichelul sau cuprul trebuie placat mai întâi înainte de cromarea.
2) Preț ridicat.
3) Învelișul de crom este dur și fragil și ușor de desprins.
2.2.2 Nichelare
Ca acoperire metalică, nichelul are o conductivitate electrică bună, duritate ridicată, efect decorativ bun și rezistență la căldură (poate fi folosit în mod normal sub 600 de grade), deci este, de asemenea, ideal să folosiți placarea cu nichel pentru elemente de fixare.
Principalele dezavantaje ale placarii cu nichel sunt următoarele:
1) Procesul este complex, iar cuprul trebuie placat mai întâi înainte de nichelare (originalul „înainte de cromare” este o greșeală de tipar).
2) Acoperirea cu nichel este poroasă, iar coroziunea matricei va fi accelerată atunci când stratul este subțire.
3) Preț ridicat.
2.2.3 Placarea cu cadmiu
Ca înveliș metalic, cadmiul este un strat anodic, care are caracteristicile unei rezistențe puternice la coroziune la acid clorhidric, fragilitate scăzută prin hidrogen și efect decorativ bun. Este potrivit în special pentru elementele de fixare utilizate în medii marine (cum ar fi elementele de fixare ale aeronavelor marine și platformele de foraj petrolier).
Principalele dezavantaje ale placarii cu cadmiu sunt următoarele:
① Poluare ridicată a mediului. Gazul generat atunci când cadmiul se topește și sărurile solubile de cadmiu sunt toxice.
② Preț ridicat.
2.2.4 Placare cu argint
Ca înveliș metalic, argintul are o conductivitate electrică excelentă, o performanță de reflexie excelentă, o lubrifiere bună și o rezistență excelentă la căldură (poate fi utilizat în mod normal sub 870 de grade). Prin urmare, placarea cu argint este utilizată pe scară largă în domenii precum electronică și inginerie electrică, componente de înaltă-frecvență (cum ar fi șuruburi conductoare ale generatorului, bornele de ieșire a bateriei vehiculului).
Principalele dezavantaje ale placarii cu argint sunt următoarele:
① Procesul este complex, iar cuprul trebuie placat mai întâi înainte de placarea cu argint.
② Prețul este foarte scump.
2.2.5 Zinc-Nichelare
Acoperirea compozită cu zinc-nichel este un nou tip de acoperire metalică din aliaj dezvoltat pe baza tehnologiei de tratare a suprafețelor de zincare, care are multe avantaje:
1) Timpul testului de pulverizare cu sare neutră (NSS) poate ajunge la 500 ~ 1500 ore.
2) Potențialul de electrod al acoperirii este între Fe și Zn, ceea ce este mai potrivit pentru asamblarea cu piese din aluminiu.
3) Duritate mare a acoperirii și efect decorativ bun.
4) Aproape nicio fragilizare prin hidrogen, poate fi folosit pentruelemente de fixare{0}}înaltă.
5) Rezistență bună la căldură (poate fi folosit în mod normal sub 800 de grade; originalul „8009C” este o greșeală de tipar).
Principalul dezavantaj al acoperirii cu zinc-nichel este prețul ridicat (de aproximativ 6 ori mai mare decât galvanizarea obișnuită), dar performanța sa excelentă cuprinzătoare a fost din ce în ce mai recunoscută.
3. Tehnologia de acoperire
Tehnologia de acoperire este o tehnologie de tratare a suprafeței care aplică acoperiri specifice pe suprafața obiectelor prin anumite echipamente și metode pentru a forma o peliculă densă, continuă și uniformă pe suprafață, apoi se usucă și se întărește prin metode naturale sau artificiale pentru a forma un strat protector sau decorativ.
La elementele de fixare, cea mai utilizată tehnologie de acoperire este tehnologia de acoperire cu zinc-crom, care este o acoperire formată pe suprafața pieselor din oțel prin aplicarea acoperirii cu zinc-crom pe piesele din oțel și coacerea printr-un strat cu ciclu complet-închis, cunoscut și sub numele de tratament Dacromet. Are următoarele caracteristici excelente:
1) Timpul testului de pulverizare cu sare neutră (NSS) poate ajunge la 500 ~ 1000 ore.
2) Permeabilitate bună.
3) Fără sensibilitate la fragilizarea hidrogenului.
4) Poluare scăzută a mediului.
5) Ca element de fixare, cuplul său-preîncărcat este foarte bun.
6) Preț moderat (de aproximativ 2 ori mai mare decât galvanizarea obișnuită).
Principalele dezavantaje ale tratamentului cu Dacromet sunt următoarele:
1) Rezistență slabă la uzură (duritatea este de numai 1 H).
2) Culoare unică (doar alb argintiu și gri argintiu), efect decorativ slab.
3) Conductivitate electrică slabă, nu este potrivită pentru piese cu conexiuni conductoare.
4. Schimbarea microstructurii oțelului
4.1 Schimbarea compoziției (cum ar fi oțelul inoxidabil)
Oțelul inoxidabil este abrevierea oțelului inoxidabil-rezistent la acid, care are o rezistență excelentă la coroziune și un efect decorativ bun și este utilizat pe scară largă în diverse domenii. În prezent, se crede în general că mecanismul de rezistență la coroziune al oțelului inoxidabil este în principal după cum urmează:
1) Când conținutul de Cr depășește 13%, potențialul electrod al oțelului va crește de la potențial negativ la potențial pozitiv, făcând însăși matricea de oțel „inertă”;
2) Cr va forma o peliculă pasivă densă bogată în Cr-pe suprafața de oțel pentru a proteja în continuare matricea;
3) Oțelul inoxidabil poate fi împărțit în oțel martensitic, oțel feritic, oțel austenitic, oțel inoxidabil austenitic-feritic etc., în funcție de microstructură. Dintre acestea, oțelul inoxidabil austenitic are cea mai bună rezistență la coroziune, cum ar fi oțelul inoxidabil din seriile A2 și A4.
Oțelul inoxidabil are în principal următoarele deficiențe:
① Limita de curgere scăzută (în general, nu mai mult de 300 MPa), nu este adecvată pentru conectarea pieselor structurale majore;
② Predispus la griparea filetului: atunci când șuruburile din oțel inoxidabil sunt strânse, este ușor să deteriorați suprafața filetului și, în acest moment, va fi generat spontan un strat de oxid, ceea ce va agrava și mai mult aderența și blocarea șuruburilor;
③ Predispus la coroziune intergranulară: la o anumită temperatură, C și Cr din oțel inoxidabil vor forma compuși, în special în apropierea granițelor granulare, ceea ce va duce la apariția „zonelor epuizate de Cr-la limitele cerealelor și va provoca coroziune intergranulară;
④ Rezistență slabă la coroziune la mediu Cl⁻ (cu excepția oțelului inoxidabil A4);
⑤ Preț ridicat (de aproximativ 4 ori mai mare decât tratamentul cu Dacromet).
4.2 Schimbarea stării de tratament termic
Materialele din oțel sunt în principal structuri multifazice (impurități, carburi, compuși intermetalici și alte faze secundare există de obicei ca catozi în oțel, în timp ce matricea Fe acționează ca un anod). Există o diferență de potențial între fiecare fază din structura multifazică, formând o microcelulă de coroziune. A doua fază poate fi fie fază de pasivare anodică, fie fază de dizolvare catodă, ambele vor afecta rezistența la coroziune a matricei.
Luând ca exemplu oțelul inoxidabil, procesele sale de sudare și tratament termic necesită o atenție suplimentară. După tratarea cu soluție la temperatură înaltă, dacă oțelul inoxidabil este încălzit între 400 și 850 de grade, un număr mare de carburi Cr₂₃C₆ și Cr₇C₃ vor precipita de-a lungul granițelor, formând o zonă epuizată de Cr- în apropierea limitelor de cereale. Carburele acționează ca catod al celulei de coroziune, iar zona epuizată de Cr-acționează ca anod al celulei de coroziune, provocând astfel coroziune intergranulară și conducând la o scădere semnificativă a rezistenței la coroziune a oțelului inoxidabil.
