Elementy złączneto najczęstsze elementy wyposażenia mechanicznego stosowane do mocowania połączeń, z których wszystkie są używane w określonych środowiskach. Długoterminowa-interakcja pomiędzy elementami złącznymi a środowiskiem zawsze zmienia ich stan i działanie, to znaczy pojawia się korozja, która jest jedną z głównych form uszkodzeń elementów złącznych. Łagodna korozja elementów złącznych wpłynie na możliwość rozłączenia i ponownego użycia gwintów, natomiast silna korozja zniszczy wytrzymałość połączenia między elementami, a nawet doprowadzi do nagłej awarii elementów obrabianych i katastrofalnych wypadków. Dlatego ochrona-korozji elementów złącznych zawsze była tematem budzącym duże obawy.
Powszechne technologie-przeciwkorozyjne elementów złącznych
Podczas-obróbki antykorozyjnej elementów złącznych zwykle tworzy się powłoka-korozyjna na powierzchni przedmiotu obrabianego za pomocą określonych metod, aby zapobiec wpływowi środowiska zewnętrznego na same elementy złączne i uzyskać efekt odporności na korozję. Istnieją cztery główne popularne technologie-korozyjne elementów złącznych: technologia obróbki powłokowej, technologia powlekania metalicznego, technologia powlekania i zmiana wewnętrznej struktury metalu (np. stali nierdzewnej).
1. Technologia obróbki folii
Technologia obróbki folii odnosi się głównie do procesu wytwarzania stabilnej chemicznej (elektrochemicznej) warstwy konwersyjnej na powierzchni metalu za pomocą metod chemicznych lub elektrochemicznych. Na przykład w miejskich pojazdach szynowych do obróbki folii elementów złącznych powszechnie stosuje się obróbkę czernieniem/niebieskim i fosforanowaniem.
1.1 Czernienie i niebieszczenie
Proces umieszczania części stalowych w stężonym roztworze alkalicznym zawierającym utleniacze i poddawania ich obróbce w temperaturze około 140 stopni przez pewien okres czasu w celu utworzenia chemicznej warstwy tlenku (złożonej głównie z Fe₃O₄) na powierzchni części stalowych nazywa się obróbką czernienia/niebieskiego zabarwienia.
Charakterystyka techniczna obróbki czernienia/niebieskiego zabarwienia:
1) Grubość folii wynosi 0,5-1,5 μm.
2) Czas testu neutralnej mgły solnej (NSS) wynosi zazwyczaj tylko 2 ~ 5 godzin, po czym warstwa tlenku pęka i pojawia się nawet dużo rdzy.
3) Można zastosować niską wrażliwość na kruchość wodorowąśruby o-wytrzymałości.
4) Jako element złączny jego napięcie wstępne-momentu obrotowego jest słabe.
5) Jasny kolor i dobry efekt dekoracyjny.
6) Niski koszt.
1.2 Obróbka fosforanowa
Proces zanurzania części stalowych w roztworze zawierającym mangan, kwas fosforowy, fosforan i inne odczynniki w celu utworzenia-nierozpuszczalnej w wodzie warstwy konwersyjnej fosforanu na powierzchni metalu nazywany jest obróbką fosforanowaniem. Charakterystyka techniczna obróbki fosforanowania jest następująca:
1) Folia jest trwale połączona z podłożem (grubość 1~50 µm).
2) Czas testu neutralnej mgły solnej (NSS) może wynosić 10–20 godzin, a w niektórych przypadkach nawet 72 godziny.
3) Słaba wytrzymałość mechaniczna i krucha tekstura.
4) Jako element złączny jego napięcie wstępne-jest dobre.
5) Kolor jest ciemny, taki jak jasnoszary, a efekt dekoracyjny jest słaby.
6) Niska wrażliwość na kruchość wodorową, może być stosowana w przypadku śrub o wysokiej-wytrzymałości.
7) Niski koszt.
2. Technologia metalizacji
Technologia powlekania metalicznego to proces obróbki powierzchni, który polega głównie na tworzeniu cienkiej warstwy metalu na powierzchni materiałów metalowych poprzez zastosowanie technologii powlekania w celu nadania materiałom metalowym właściwości dekoracyjnych lub ochronnych. W miejskich pojazdach szynowych technologia metalizacji elementów złącznych obejmuje głównie cynkowanie, a także inne specjalne platerowanie metalami (chromowanie, niklowanie, kadmowanie, srebrzenie itp.).
2.1 Cynkowanie
Cynk i żelazo są mieszalne, a ich standardowy potencjał elektrody wynosi -0,76 V. W przypadku podłoża stalowego powłoka cynkowa jest powłoką anodową, która może lepiej chronić podłoże stalowe. Dlatego technologia cynkowania jest bardzo szeroko stosowana w elementach złącznych. Istnieją trzy popularne metody cynkowania: cynkowanie ogniowe, cynkowanie galwaniczne i cynkowanie mechaniczne.
2.1.1 Cynkowanie ogniowe-na gorąco
Cynkowanie ogniowe-oznacza proces zanurzania części stalowych w roztopionym, ciekłym cynku, powodujący szereg reakcji fizycznych i chemicznych na powierzchni przedmiotu obrabianego, w wyniku których powstaje metaliczna powłoka cynkowa. Grubość powłoki cynkowanej ogniowo-jest stosunkowo duża (do 30~60 μm), a jej odporność na korozję jest doskonała. Jest szeroko stosowany w częściach stalowych używanych przez długi czas na zewnątrz (takich jak wieże telewizyjne, poręcze autostrad itp.). W przypadku elementów złącznych cynkowanie ogniowe jest ogólnie stosowane w przypadku śrub o średnicy M6 i większej, ale nie można go stosować w przypadku elementów złącznych-o dużej wytrzymałości. Głównym powodem jest to, że temperatura robocza-procesu cynkowania ogniowego jest stosunkowo wysoka (400–500 stopni), co łatwo powoduje zmiękczenie-odpuszczania elementów złącznych o wysokiej wytrzymałości i zmniejszenie ich wytrzymałości.
2.1.2 Cynkowanie galwaniczne
Cynkowanie elektrolityczne polega na zastosowaniu zasady elektrolizy w celu utworzenia jednolitej, gęstej i dobrze-powłoki cynkowej na powierzchni części stalowych. Grubość warstwy cynku cynkowanego galwanicznie jest stosunkowo cienka (5–30 μm), a jej odporność na korozję jest najgorszą spośród-zabezpieczeń antykorozyjnych cynkowania. Jednak jego proces jest prosty, koszt niski i ma niewielki wpływ na zazębienie gwintu, dlatego jest szeroko stosowany w elementach złącznych. Ponieważ cynkowanie elektrolityczne charakteryzuje się dużą wrażliwością na kruchość wodorową i trudno jest całkowicie usunąć wodór (warstwa cynkowana galwanicznie złuszczy się lub odpadnie, gdy temperatura przekroczy 100 stopni), cynkowania galwanicznego nie można stosować w przypadku elementów złącznych o wysokiej-wytrzymałości.
2.1.3 Cynkowanie mechaniczne
Cynkowanie mechaniczne oznacza proces obróbki powierzchni, w którym części stalowe tworzą powłokę cynkową poprzez oddziaływanie na powierzchnię części stalowych środkami udarowymi pod działaniem substancji chemicznych, takich jak proszek cynkowy, środek dyspergujący i przyspieszacz. Grubość mechanicznej warstwy cynkowanej wynosi zazwyczaj 5 ~ 50 μm. Powierzchnia powłoki jest gęsta i jednolita, z dobrym efektem dekoracyjnym i doskonałą odpornością na korozję; co więcej, nie ma on żadnych wad, takich jak odpuszczanie w wysokiej-temperaturze i kruchość wodorowa, które występują podczas-cynkowania ogniowego i cynkowania galwanicznego, dlatego jest to proces obróbki powierzchni szczególnie odpowiedni do ochrony-korozyjnej elementów złącznych.
2.2 Inne powłoki metalowe
2.2.1 Chromowanie
Jako powłoka metalowa chrom charakteryzuje się silną przyczepnością, dobrą odpornością na zużycie, doskonałym efektem dekoracyjnym i wysoką odpornością na ciepło (zwykle można go stosować poniżej 500 stopni). Dlatego idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie powłoki chromowej jako powłoki metalicznej elementów złącznych.
Główne wady chromowania są następujące:
1) Proces jest złożony i przed chromowaniem należy najpierw pokryć nikiel lub miedź.
2) Wysoka cena.
3) Powłoka chromowa jest twarda i krucha i łatwo odpada.
2.2.2 Niklowanie
Jako powłoka metalowa nikiel ma dobrą przewodność elektryczną, wysoką twardość, dobry efekt dekoracyjny i odporność na ciepło (zwykle można go stosować w temperaturze poniżej 600 stopni), dlatego idealnie nadaje się również do stosowania niklowania w elementach złącznych.
Główne wady niklowania są następujące:
1) Proces jest złożony i miedź musi być najpierw powlekana przed niklowaniem (oryginał „przed chromowaniem” jest literówką).
2) Powłoka niklowa jest porowata, a korozja matrycy zostanie przyspieszona, gdy powłoka będzie cienka.
3) Wysoka cena.
2.2.3 Kadmowanie
Jako powłoka metalowa kadm jest powłoką anodową, która charakteryzuje się silną odpornością na korozję w wyniku kwasu solnego, niską kruchością wodorową i dobrym efektem dekoracyjnym. Szczególnie nadaje się do elementów złącznych stosowanych w środowisku morskim (takich jak elementy złączne samolotów morskich i platform wiertniczych).
Główne wady powlekania kadmem są następujące:
① Wysokie zanieczyszczenie środowiska. Gaz powstający podczas topienia kadmu i rozpuszczalne sole kadmu są toksyczne.
② Wysoka cena.
2.2.4 Posrebrzanie
Jako powłoka metalowa srebro ma doskonałą przewodność elektryczną, doskonałe właściwości odblaskowe, dobrą smarowność i doskonałą odporność na ciepło (może być zwykle stosowane w temperaturze poniżej 870 stopni). Dlatego srebrzenie jest szeroko stosowane w takich dziedzinach, jak elektronika i elektrotechnika,-elementy o wysokiej częstotliwości (takie jak śruby przewodzące generatora, zaciski gniazda akumulatora pojazdu).
Główne wady srebrzenia są następujące:
① Proces jest złożony i miedź musi zostać najpierw pokryta powłoką przed srebrzeniem.
② Cena jest bardzo droga.
2.2.5 Cynkowanie-Niklowanie
Kompozytowa powłoka cynkowo-niklowa to nowy rodzaj powłoki metali stopowych opracowany w oparciu o technologię obróbki powierzchni poprzez cynkowanie, która ma wiele zalet:
1) Czas testu neutralnej mgły solnej (NSS) może osiągnąć 500 ~ 1500 godzin.
2) Potencjał elektrody powłoki mieści się w zakresie pomiędzy Fe i Zn, co jest bardziej odpowiednie do montażu z częściami aluminiowymi.
3) Wysoka twardość powłoki i dobry efekt dekoracyjny.
4) Prawie nie można zastosować kruchości wodorowejelementy złączne o wysokiej-wytrzymałości.
5) Dobra odporność na ciepło (można go normalnie używać w temperaturze poniżej 800 stopni; oryginalne „8009C” to literówka).
Główną wadą powłoki cynkowo-niklowej jest jej wysoka cena (około 6 razy wyższa niż w przypadku zwykłego cynkowania), jednak jej doskonałe kompleksowe działanie jest coraz szerzej doceniane.
3. Technologia powlekania
Technologia powlekania to technologia obróbki powierzchni, która polega na nakładaniu określonych powłok na powierzchnię przedmiotów za pomocą określonego sprzętu i metod w celu utworzenia gęstej, ciągłej i jednolitej warstwy na powierzchni, a następnie suszenia i utwardzania metodami naturalnymi lub sztucznymi, tworząc powłokę ochronną lub dekoracyjną.
W przypadku elementów złącznych najpowszechniej stosowaną technologią powlekania jest technologia powlekania cynkiem-chromem, która jest powłoką formowaną na powierzchni części stalowych poprzez nałożenie powłoki cynku-chromu na części stalowe i wypalanie w pełnym-obwodzie zamkniętym, znaną również jako obróbka Dacromet. Ma następujące doskonałe właściwości:
1) Czas testu neutralnej mgły solnej (NSS) może osiągnąć 500 ~ 1000 godzin.
2) Dobra przepuszczalność.
3) Brak wrażliwości na kruchość wodorową.
4) Niskie zanieczyszczenie środowiska.
5) Jako element złączny jego napięcie wstępne-jest bardzo dobre.
6) Umiarkowana cena (około 2 razy większa niż w przypadku zwykłego cynkowania).
Główne wady leczenia Dacrometem są następujące:
1) Słaba odporność na zużycie (twardość wynosi tylko 1 H).
2) Pojedynczy kolor (tylko srebrno-biały i srebrnoszary), słaby efekt dekoracyjny.
3) Słaba przewodność elektryczna, nie nadaje się do części z połączeniami przewodzącymi.
4. Zmiana mikrostruktury stali
4.1 Zmiana składu (np. stal nierdzewna)
Stal nierdzewna to skrót oznaczający stal nierdzewną-odporną na kwasy, która ma doskonałą odporność na korozję i dobry efekt dekoracyjny i jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach. Obecnie powszechnie uważa się, że mechanizm odporności stali nierdzewnej na korozję jest głównie następujący:
1) Gdy zawartość Cr przekroczy 13%, potencjał elektrody stali wzrośnie z potencjału ujemnego do potencjału dodatniego, powodując, że sama osnowa stalowa będzie „obojętna”;
2) Cr utworzy gęstą, bogatą w Cr-powłokę pasywną na powierzchni stali, która dodatkowo chroni matrycę;
3) Stal nierdzewną można podzielić na stal martenzytyczną, stal ferrytyczną, stal austenityczną, austenityczną-ferrytyczną stal nierdzewną itp. w zależności od mikrostruktury. Wśród nich austenityczna stal nierdzewna ma najlepszą odporność na korozję, na przykład stal nierdzewna serii A2 i A4.
Stal nierdzewna ma głównie następujące wady:
① Niska granica plastyczności (zazwyczaj nie większa niż 300 MPa), nieodpowiednia do łączenia głównych części konstrukcyjnych;
② Podatny na zatarcie gwintu: podczas dokręcania śrub ze stali nierdzewnej łatwo jest uszkodzić powierzchnię gwintu i w tym momencie samoistnie wytworzy się warstwa tlenku, co jeszcze bardziej pogorszy przyczepność i blokowanie śruby;
③ Podatność na korozję międzykrystaliczną: w określonej temperaturze C i Cr w stali nierdzewnej utworzą związki, szczególnie w pobliżu granic ziaren, co doprowadzi do pojawienia się „obszarów zubożonych w Cr-” na granicach ziaren i spowoduje korozję międzykrystaliczną;
④ Słaba odporność na korozję w środowisku Cl⁻ (z wyjątkiem stali nierdzewnej A4);
⑤ Wysoka cena (około 4 razy wyższa niż w przypadku leczenia Dacromet).
4.2 Zmiana stanu obróbki cieplnej
Materiały stalowe to głównie struktury wielofazowe (zanieczyszczenia, węgliki, związki międzymetaliczne i inne drugie fazy występują zwykle w stali jako katody, podczas gdy osnowa Fe pełni rolę anody). Istnieje różnica potencjałów pomiędzy każdą fazą struktury wielofazowej, tworząc mikroogniwo korozyjne. Druga faza może być fazą pasywacji anodowej lub fazą rozpuszczania katodowego, przy czym obie fazy będą miały wpływ na odporność osnowy na korozję.
Biorąc za przykład stal nierdzewną, procesy spawania i obróbki cieplnej wymagają szczególnej ostrożności. Jeśli po obróbce-wysokotemperaturowej stali nierdzewnej nagrzeje się ją w temperaturze od 400 do 850 stopni, duża liczba węglików Cr₂₃C₆ i Cr₇C₃ wytrąci się wzdłuż granic ziaren, tworząc obszar zubożony w Cr-w pobliżu granic ziaren. Węgliki pełnią rolę katody ogniwa korozyjnego, a obszar zubożony w Cr- działa jak anoda ogniwa korozyjnego, powodując w ten sposób korozję międzykrystaliczną i prowadząc do znacznego zmniejszenia odporności na korozję stali nierdzewnej.
