Fästelementär de vanligaste komponenterna i mekanisk utrustning som används för att fästa anslutningar, som alla används i specifika miljöer. Den långvariga-interaktionen mellan fästelement och miljön kommer alltid att förändra deras tillstånd och prestanda, det vill säga korrosion uppstår, vilket är en av de viktigaste formerna av fel på fästelement. Mild korrosion av fästelement kommer att påverka löstagbarheten och återanvändbarheten av gängor, medan allvarlig korrosion kommer att skada styrkan i kopplingen mellan komponenter och till och med leda till plötsligt fel på arbetsstycken och katastrofala olyckor. Därför har anti-korrosion av fästelement alltid varit ett ämne av stor oro.
Vanliga anti-korrosionstekniker för fästelement
Anti-korrosionsbehandlingen av fästelement bildar vanligtvis en beläggning eller anti-korrosionsskikt på arbetsstyckets yta genom vissa metoder för att förhindra att den yttre miljön påverkar själva fästelementen och uppnå effekten av korrosionsbeständighet. Det finns fyra vanligaste korrosionsskyddstekniker för fästelement: filmbehandlingsteknik, metallpläteringsteknik, beläggningsteknik och ändring av metallens inre struktur (som rostfritt stål).
1. Filmbehandlingsteknik
Filmbehandlingsteknik hänvisar huvudsakligen till processen att generera en stabil kemisk (elektrokemisk) omvandlingsfilm på metallytan genom att använda kemiska eller elektrokemiska metoder. Till exempel i stadsbanor används svärtning/blånande behandling och fosfatering i stor utsträckning för filmbehandling av fästelement.
1.1 Svärtning och blånande
Processen att placera ståldelar i en koncentrerad alkalisk lösning innehållande oxidanter och behandla dem vid cirka 140 grader under en viss tid för att bilda en kemisk oxidfilm (huvudsakligen sammansatt av Fe₃O₄) på ytan av ståldelar kallas för svärtning/blånande behandling.
Tekniska egenskaper för svärtning/blånande behandling:
1) Filmtjockleken är 0,5-1,5 μm.
2) Den neutrala saltspraytesttiden (NSS) är vanligtvis bara 2~5 timmar, då oxidfilmen har gått sönder och till och med mycket rost kommer att uppstå.
3) Låg väteförsprödningskänslighet, kan användas förhög-hållfasta bultar.
4) Som fästelement är dess vridmoment-förspänningskonsistens dålig.
5) Ljus färg och bra dekorativ effekt.
6) Låg kostnad.
1.2 Fosfatbehandling
Processen att sänka ned ståldelar i en lösning som innehåller mangan, fosforsyra, fosfat och andra reagenser för att bilda en vatten-olöslig fosfatomvandlingsfilm på metallytan kallas fosfatbehandling. De tekniska egenskaperna för fosfatbehandling är följande:
1) Filmen är ordentligt kombinerad med substratet (tjocklek 1~50 μm).
2) Den neutrala saltspraytesttiden (NSS) kan nå 10 ~ 20 timmar, och vissa kan nå 72 timmar.
3) Dålig mekanisk styrka och spröd konsistens.
4) Som fästelement är dess vridmoment-förspänningskonsistens bra.
5) Färgen är mörk som ljusgrå, och den dekorativa effekten är dålig.
6) Låg väteförsprödningskänslighet, kan användas för hög-hållfasta bultar.
7) Låg kostnad.
2. Metallbeläggningsteknik
Metallpläteringsteknik är en ytbehandlingsprocess som huvudsakligen bildar ett tunt metallskikt på ytan av metallmaterial genom att använda pläteringsteknik för att ge metallmaterial dekorativa eller skyddande egenskaper. I stadsbanor är metallpläteringstekniken för fästelement huvudsakligen galvanisering, liksom andra speciella metallpläteringar (kromplätering, nickelplätering, kadmiumplätering, silverplätering, etc.).
2.1 Galvanisering
Zink och järn är blandbara och deras standardelektrodpotential är -0,76 V. För stålsubstratet är zinkbeläggningen en anodbeläggning, vilket bättre kan skydda stålsubstratet. Därför används galvaniseringsteknik mycket ofta i fästelement. Det finns tre vanliga galvaniseringsmetoder: varmförzinkning, elförzinkning och mekanisk galvanisering.
2.1.1 Varmförzinkning-
Varmförzinkning avser processen att sänka ned ståldelar i smält flytande zink, vilket orsakar en serie fysikaliska och kemiska reaktioner på arbetsstyckets yta för att bilda en metallzinkbeläggning. Tjockleken på varmförzinkningsbeläggningen är relativt tjock (upp till 30~60 μm) och dess korrosionsbeständighet är utmärkt. Det används ofta i ståldelar som används utomhus under lång tid (som TV-torn, motorvägsräcken, etc.). För fästelement är varmförzinkning generellt tillämplig på bultar av M6 och högre, men den kan inte användas för fästelement med hög hållfasthet. Det främsta skälet är att drifttemperaturen för varmförzinkningsprocessen är relativt hög (400 grader ~500 grader ), vilket är lätt att orsaka härdning av hög-hållfasta fästelement och minska deras hållfasthet.
2.1.2 Elektrogalvanisering
Elektrogalvanisering är användningen av elektrolysprincipen för att bilda en enhetlig, tät och väl-bunden zinkbeläggning på ytan av ståldelar. Tjockleken på det elektrogalvaniserade zinkskiktet är relativt tunt (5~30 μm), och dess korrosionsbeständighet är den sämsta bland galvaniserande anti--korrosionsbehandlingar. Processen är dock enkel, kostnaden är låg och den har liten inverkan på gängingrepp, så den används ofta i fästelement. Eftersom elektrogalvanisering har hög väteförsprödningskänslighet och det är svårt att helt ta bort väte (det elektrogalvaniserade skiktet kommer att lossna eller falla av när temperaturen är över 100 grader), kan elektrogalvanisering inte användas för hög-hållfasta fästelement.
2.1.3 Mekanisk galvanisering
Mekanisk galvanisering avser en ytbehandlingsprocess där ståldelar bildar en zinkbeläggning genom att stöta ytan på ståldelar med stötmedier under inverkan av kemiska ämnen som zinkpulver, dispergeringsmedel och accelerator. Tjockleken på det mekaniska galvaniserade lagret är vanligtvis 5 ~ 50 μm. Ytan på beläggningen är tät och enhetlig, med god dekorativ effekt och utmärkt korrosionsbeständighet; dessutom har den inga brister såsom hög-temperaturhärdning och väteförsprödning som finns vid varmförzinkning och elektrogalvanisering, så det är en ytbehandlingsprocess som är speciellt lämpad för att motverka korrosion av fästelement.
2.2 Andra metallpläteringar
2.2.1 Kromplätering
Som en metallbeläggning har krom egenskaperna stark vidhäftning, god slitstyrka, utmärkt dekorativ effekt och hög värmebeständighet (kan normalt användas under 500 grader). Därför är det mycket idealiskt att använda krombeläggning som metallbeläggning av fästelement.
De största nackdelarna med kromplätering är följande:
1) Processen är komplex och nickel eller koppar måste pläteras först innan kromplätering.
2) Högt pris.
3) Krombeläggningen är hård och spröd och lätt att falla av.
2.2.2 Förnickling
Som metallbeläggning har nickel god elektrisk ledningsförmåga, hög hårdhet, bra dekorativ effekt och värmebeständighet (kan användas normalt under 600 grader), så det är också idealiskt att använda nickelplätering för fästelement.
De största nackdelarna med nickelplätering är följande:
1) Processen är komplex och koppar måste pläteras först innan nickelplätering (originalet "före kromplätering" är ett stavfel).
2) Nickelbeläggningen är porös och matriskorrosionen kommer att accelereras när beläggningen är tunn.
3) Högt pris.
2.2.3 Kadmiumplätering
Som metallbeläggning är kadmium en anodbeläggning, som har egenskaperna för stark saltsyrakorrosionsbeständighet, låg väteförsprödning och god dekorativ effekt. Den är särskilt lämplig för fästelement som används i marina miljöer (såsom fästelement för marina flygplan och oljeborrplattformar).
De största nackdelarna med kadmiumplätering är följande:
① Hög miljöförorening. Gasen som bildas när kadmium smälter och lösliga kadmiumsalter är giftiga.
② Högt pris.
2.2.4 Silverplätering
Som metallbeläggning har silver utmärkt elektrisk ledningsförmåga, utmärkt reflekterande prestanda, bra smörjförmåga och utmärkt värmebeständighet (kan normalt användas under 870 grader). Därför används silverplätering i stor utsträckning inom områden som elektronik och elektroteknik, hög-komponenter (som generatorns ledande bultar, fordonsbatteriuttag).
De största nackdelarna med silverplätering är följande:
① Processen är komplex och koppar måste pläteras först innan silverplätering.
② Priset är mycket dyrt.
2.2.5 Zink-Nickelplätering
Zink-nickelkompositbeläggning är en ny typ av legeringsmetallbeläggning som utvecklats på basis av förzinkningsteknik för ytbehandling, som har många fördelar:
1) Den neutrala saltspraytesttiden (NSS) kan nå 500~1500 timmar.
2) Beläggningens elektrodpotential ligger mellan Fe och Zn, vilket är mer lämpligt för montering med aluminiumdelar.
3) Hög beläggningshårdhet och bra dekorativ effekt.
4) Nästan ingen väteförsprödning, kan användas förhög-hållfasta fästelement.
5) Bra värmebeständighet (kan användas normalt under 800 grader; originalet "8009C" är ett stavfel).
Den största nackdelen med zink-nickelbeläggning är dess höga pris (cirka 6 gånger så mycket som vanlig galvanisering), men dess utmärkta och omfattande prestanda har blivit mer och mer allmänt erkänd.
3. Beläggningsteknik
Beläggningsteknik är en ytbehandlingsteknik som applicerar specifika beläggningar på ytan av föremål genom viss utrustning och metoder för att bilda en tät, kontinuerlig och enhetlig film på ytan, och sedan torkar och härdar den med naturliga eller konstgjorda metoder för att bilda en skyddande eller dekorativ beläggning.
Inom fästelement är den mest använda beläggningstekniken zink-krombeläggningsteknik, som är en beläggning som bildas på ytan av ståldelar genom att applicera zink-krombeläggning på ståldelar och bakning genom en fullständig sluten-kretscykelbeläggning, även känd som Dacromet-behandling. Den har följande utmärkta egenskaper:
1) Den neutrala saltspraytesttiden (NSS) kan nå 500~1000 timmar.
2) God permeabilitet.
3) Ingen väteförsprödningskänslighet.
4) Låg miljöförorening.
5) Som fästelement är dess vridmoment-förspänningskonsistens mycket bra.
6) Måttligt pris (ca 2 gånger så mycket som vanlig galvanisering).
De största nackdelarna med Dacromet-behandling är följande:
1) Dålig slitstyrka (hårdheten är endast 1 H).
2) Enfärgad (endast silvervit och silvergrå), dålig dekorativ effekt.
3) Dålig elektrisk ledningsförmåga, inte lämplig för delar med ledande anslutningar.
4. Ändra stålets mikrostruktur
4.1 Ändring av sammansättning (som rostfritt stål)
Rostfritt stål är förkortningen för rostfritt syrabeständigt-stål, som har utmärkt korrosionsbeständighet och god dekorativ effekt, och som används ofta inom olika områden. För närvarande tror man allmänt att rostfritt ståls korrosionsbeständighetsmekanism huvudsakligen är följande:
1) När Cr-halten överstiger 13 % kommer stålets elektrodpotential att stiga från negativ potential till positiv potential, vilket gör själva stålmatrisen "inert";
2) Cr kommer att bilda en tät Cr-rik passiv film på stålytan för att ytterligare skydda matrisen;
3) Rostfritt stål kan delas in i martensitiskt stål, ferritiskt stål, austenitiskt stål, austenitiskt-ferritiskt rostfritt stål etc. beroende på mikrostrukturen. Bland dem har austenitiskt rostfritt stål den bästa korrosionsbeständigheten, såsom rostfritt stål i A2- och A4-serien.
Rostfritt stål har huvudsakligen följande brister:
① Låg sträckgräns (vanligen inte mer än 300 MPa), inte lämplig för anslutning av större konstruktionsdelar;
② Benägen att gänga fastnar: när bultar av rostfritt stål dras åt är det lätt att skada gängytan, och vid denna tidpunkt kommer ett oxidskikt spontant att genereras, vilket ytterligare förvärrar bultens vidhäftning och låsning;
③ Benägen till intergranulär korrosion: vid en viss temperatur kommer C och Cr i rostfritt stål att bilda föreningar, särskilt nära korngränserna, vilket kommer att leda till uppkomsten av "Cr-utarmade områden" vid korngränserna och orsaka intergranulär korrosion;
④ Dålig korrosionsbeständighet mot Cl⁻-medium (förutom A4 rostfritt stål);
⑤ Högt pris (cirka 4 gånger så mycket som Dacromet-behandling).
4.2 Ändring av värmebehandlingstillstånd
Stålmaterial är huvudsakligen flerfasstrukturer (föroreningar, karbider, intermetalliska föreningar och andra andra faser finns vanligtvis som katoder i stål, medan Fe-matrisen fungerar som en anod). Det finns en potentialskillnad mellan varje fas i flerfasstrukturen, vilket bildar en korrosionsmikrocell. Den andra fasen kan vara antingen anodpassiveringsfas eller katodupplösningsfas, vilka båda kommer att påverka matrisens korrosionsbeständighet.
Om man tar rostfritt stål som exempel, kräver dess svets- och värmebehandlingsprocesser extra försiktighet. Efter hög-temperaturlösningsbehandling, om rostfritt stål värms upp mellan 400 grader och 850 grader, kommer ett stort antal Cr₂₃C6- och Cr₇C₃-karbider att fällas ut längs korngränserna och bilda ett Cr-utarmat område nära korngränserna. Karbider fungerar som korrosionscellens katod, och det Cr-utarmade området fungerar som anoden för korrosionscellen, vilket orsakar intergranulär korrosion och leder till en signifikant minskning av korrosionsbeständigheten hos rostfritt stål.
