Bevestigingsmiddelenzijn de meest voorkomende componenten in mechanische apparatuur die wordt gebruikt voor het bevestigen van verbindingen, die allemaal in specifieke omgevingen worden gebruikt. De interactie op lange termijn- tussen bevestigingsmiddelen en de omgeving zal altijd hun toestand en prestaties veranderen, dat wil zeggen dat er corrosie optreedt, wat een van de belangrijkste vormen van falen van bevestigingsmiddelen is. Milde corrosie van bevestigingsmiddelen heeft invloed op de losmaakbaarheid en herbruikbaarheid van schroefdraad, terwijl ernstige corrosie de sterkte van de verbinding tussen componenten zal beschadigen en zelfs kan leiden tot plotseling falen van werkstukken en catastrofale ongelukken. Daarom is de anti-corrosie van bevestigingsmiddelen altijd een onderwerp van grote zorg geweest.
Veelgebruikte anti-corrosietechnologieën voor bevestigingsmiddelen
De anti{0}}corrosiebehandeling van bevestigingsmiddelen vormt gewoonlijk een coating of anti-corrosielaag op het oppervlak van het werkstuk via bepaalde methoden om te voorkomen dat de externe omgeving de bevestigingsmiddelen zelf aantast en het effect van corrosieweerstand te bereiken. Er zijn vier veelgebruikte anti-corrosietechnologieën voor bevestigingsmiddelen: filmbehandelingstechnologie, metaalplatingstechnologie, coatingtechnologie en het veranderen van de interne structuur van metaal (zoals roestvrij staal).
1. Filmbehandelingstechnologie
Filmbehandelingstechnologie heeft voornamelijk betrekking op het proces waarbij een stabiele chemische (elektrochemische) conversiefilm op het metalen oppervlak wordt gegenereerd door gebruik te maken van chemische of elektrochemische methoden. In stedelijke spoorvoertuigen worden bijvoorbeeld zwart-/blauwbehandeling en fosfatatiebehandeling op grote schaal gebruikt voor de filmbehandeling van bevestigingsmiddelen.
1.1 Zwart worden en blauw worden
Het proces waarbij stalen onderdelen in een geconcentreerde alkalische oplossing met oxidatiemiddelen worden geplaatst en deze gedurende een bepaalde periode bij ongeveer 140 graden worden behandeld om een chemische oxidefilm (voornamelijk samengesteld uit Fe₃O₄) op het oppervlak van stalen onderdelen te vormen, wordt zwartmaken/blauwen genoemd.
Technische kenmerken van de zwart-/blauwbehandeling:
1) De filmdikte bedraagt 0,5-1,5 μm.
2) De neutrale zoutsproeitest (NSS) duurt over het algemeen slechts 2 tot 5 uur. Op dat moment is de oxidefilm gebroken en zal er zelfs veel roest verschijnen.
3) Lage gevoeligheid voor waterstofverbrossing, kan worden gebruiktbouten met hoge-sterkte.
4) Als bevestigingsmiddel is de voorspanningsconsistentie van het koppel- slecht.
5) Heldere kleur en goed decoratief effect.
6) Lage kosten.
1.2 Fosfateringsbehandeling
Het proces waarbij stalen onderdelen worden ondergedompeld in een oplossing die mangaan, fosforzuur, fosfaat en andere reagentia bevat om een water-onoplosbare fosfaatconversiefilm op het metaaloppervlak te vormen, wordt fosfatatiebehandeling genoemd. De technische kenmerken van de fosfatatiebehandeling zijn als volgt:
1) De film is stevig verbonden met het substraat (dikte 1~50 μm).
2) De tijd van de neutrale zoutsproeitest (NSS) kan 10 ~ 20 uur bedragen, en sommige kunnen 72 uur bereiken.
3) Slechte mechanische sterkte en broze textuur.
4) Als bevestigingsmiddel is de consistentie van de koppel-voorbelasting goed.
5) De kleur is donker, zoals lichtgrijs, en het decoratieve effect is slecht.
6) Lage gevoeligheid voor waterstofverbrossing, kan worden gebruikt voor bouten met hoge- sterkte.
7) Lage kosten.
2. Metaalplatingtechnologie
Metaalplatingstechnologie is een oppervlaktebehandelingsproces dat voornamelijk een dunne metaallaag vormt op het oppervlak van metalen materialen door gebruik te maken van plateertechnologie om metalen materialen decoratieve of beschermende eigenschappen te geven. In stedelijke spoorvoertuigen bestaat de metaalplatingstechnologie voor bevestigingsmiddelen voornamelijk uit galvaniseren, evenals andere speciale metaalplatingen (verchromen, vernikkelen, cadmiumplating, verzilveren, enz.).
2.1 Verzinken
Zink en ijzer zijn mengbaar en hun standaard elektrodepotentiaal is -0,76 V. Voor het stalen substraat is de zinklaag een anodische coating, die het stalen substraat beter kan beschermen. Daarom wordt galvanisatietechnologie op grote schaal gebruikt in bevestigingsmiddelen. Er zijn drie veelgebruikte verzinkingsmethoden: thermisch verzinken, elektrolytisch verzinken en mechanisch verzinken.
2.1.1 Thermisch verzinken-
Thermisch verzinken{0}} verwijst naar het proces waarbij stalen onderdelen worden ondergedompeld in gesmolten vloeibaar zink, waardoor een reeks fysische en chemische reacties op het oppervlak van het werkstuk ontstaat om een metalen zinkcoating te vormen. De dikte van de thermisch verzinkte coating is relatief dik (tot 30-60 μm) en de corrosieweerstand is uitstekend. Het wordt veel gebruikt in stalen onderdelen die lange tijd buitenshuis worden gebruikt (zoals tv-torens, vangrails op snelwegen, enz.). Voor bevestigingsmiddelen is thermisch verzinken over het algemeen toepasbaar op bouten van M6 en hoger, maar kan niet worden gebruikt voor bevestigingsmiddelen met hoge sterkte. De belangrijkste reden is dat de bedrijfstemperatuur van het thermisch verzinken relatief hoog is (400 graden ~ 500 graden), waardoor de temperatuur van bevestigingsmiddelen met hoge sterkte- gemakkelijk verzacht wordt en de sterkte ervan afneemt.
2.1.2 Elektrolytisch verzinken
Elektrolytisch verzinken is het gebruik van het elektrolyseprincipe om een uniforme, dichte en goed-goedgehechte zinklaag op het oppervlak van stalen onderdelen te vormen. De dikte van de elektrolytisch verzinkte zinklaag is relatief dun (5~30 μm) en de corrosieweerstand is de slechtste onder de galvanische anti-corrosiebehandelingen. Het proces is echter eenvoudig, de kosten laag en heeft weinig invloed op de schroefdraadaangrijping, daarom wordt het veel gebruikt in bevestigingsmiddelen. Omdat elektrolytisch verzinken een hoge gevoeligheid voor waterstofbrosheid heeft en het moeilijk is om waterstof volledig te verwijderen (de elektrolytisch verzinkte laag zal loslaten of eraf vallen als de temperatuur boven de 100 graden komt), kan elektrolytisch verzinken niet worden gebruikt voor bevestigingsmiddelen met hoge sterkte.
2.1.3 Mechanisch verzinken
Mechanisch verzinken verwijst naar een oppervlaktebehandelingsproces waarbij stalen onderdelen een zinklaag vormen door het oppervlak van stalen onderdelen te beïnvloeden met impactmedia onder invloed van chemische stoffen zoals zinkpoeder, dispergeermiddel en versneller. De dikte van de mechanisch verzinkte laag bedraagt doorgaans 5~50 μm. Het oppervlak van de coating is dicht en uniform, met een goed decoratief effect en uitstekende corrosieweerstand; bovendien heeft het geen tekortkomingen zoals hoge- temperatuurontharding en waterstofverbrossing die voorkomen bij thermisch- galvaniseren en elektrolytisch verzinken, dus het is een oppervlaktebehandelingsproces dat vooral geschikt is voor de- anticorrosie van bevestigingsmiddelen.
2.2 Andere metalen beplatingen
2.2.1 Verchromen
Als metaalcoating heeft chroom de kenmerken van sterke hechting, goede slijtvastheid, uitstekend decoratief effect en hoge hittebestendigheid (kan normaal onder 500 graden worden gebruikt). Daarom is het zeer ideaal om chroomcoating te gebruiken als metaalcoating van bevestigingsmiddelen.
De belangrijkste nadelen van verchromen zijn als volgt:
1) Het proces is complex en nikkel of koper moet eerst worden geplateerd voordat het wordt verchroomd.
2) Hoge prijs.
3) De chroomlaag is hard en bros en valt er gemakkelijk af.
2.2.2 Vernikkelen
Als metaalcoating heeft nikkel een goede elektrische geleidbaarheid, hoge hardheid, een goed decoratief effect en hittebestendigheid (kan normaal onder 600 graden worden gebruikt), dus het is ook ideaal om vernikkeling voor bevestigingsmiddelen te gebruiken.
De belangrijkste nadelen van vernikkelen zijn als volgt:
1) Het proces is complex en koper moet eerst worden geplateerd voordat het wordt vernikkeld (het oorspronkelijke "vóór verchromen" is een typefout).
2) De nikkelcoating is poreus en de matrixcorrosie wordt versneld als de coating dun is.
3) Hoge prijs.
2.2.3 Cadmiumplateren
Als metaalcoating is cadmium een anodische coating, die de kenmerken heeft van een sterke weerstand tegen zoutzuurcorrosie, lage waterstofverbrossing en een goed decoratief effect. Het is vooral geschikt voor bevestigingsmiddelen die in maritieme omgevingen worden gebruikt (zoals bevestigingsmiddelen van zeevliegtuigen en olieboorplatforms).
De belangrijkste nadelen van cadmiumplating zijn als volgt:
① Hoge milieuvervuiling. Het gas dat ontstaat wanneer cadmium smelt en oplosbare cadmiumzouten zijn giftig.
② Hoge prijs.
2.2.4 Verzilveren
Als metaalcoating heeft zilver een uitstekende elektrische geleidbaarheid, uitstekende reflecterende prestaties, goede smering en uitstekende hittebestendigheid (kan normaal worden gebruikt onder 870 graden). Daarom wordt verzilveren veel gebruikt op gebieden als elektronica en elektrotechniek, hoogfrequente componenten (zoals geleidende bouten van generatoren, accu-uitgangen van voertuigen).
De belangrijkste nadelen van verzilveren zijn als volgt:
① Het proces is complex en koper moet eerst worden geplateerd voordat het wordt verzilverd.
② De prijs is erg duur.
2.2.5 Zink-vernikkelen
Zink-nikkelcomposietcoating is een nieuw type coating van gelegeerd metaal, ontwikkeld op basis van oppervlaktebehandelingstechnologie voor zinkplating, die veel voordelen biedt:
1) De tijd van de neutrale zoutsproeitest (NSS) kan 500 ~ 1500 uur bedragen.
2) De elektrodepotentiaal van de coating ligt tussen Fe en Zn, wat beter geschikt is voor montage met aluminium onderdelen.
3) Hoge coatinghardheid en goed decoratief effect.
4) Er kan vrijwel geen waterstofbrosheid worden toegepastbevestigingsmiddelen met hoge-sterkte.
5) Goede hittebestendigheid (kan normaal worden gebruikt onder 800 graden; de originele "8009C" is een typefout).
Het belangrijkste nadeel van zink{0}}nikkelcoating is de hoge prijs (ongeveer zes keer die van gewoon galvaniseren), maar de uitstekende algehele prestaties ervan worden steeds breder erkend.
3. Coatingtechnologie
Coatingtechnologie is een oppervlaktebehandelingstechnologie waarbij via bepaalde apparatuur en methoden specifieke coatings op het oppervlak van objecten worden aangebracht om een dichte, continue en uniforme film op het oppervlak te vormen, en deze vervolgens op natuurlijke of kunstmatige wijze droogt en uithardt om een beschermende of decoratieve coating te vormen.
Bij bevestigingsmiddelen is de zink{0}}chroomcoatingtechnologie de meest gebruikte coatingtechnologie. Dit is een coating die op het oppervlak van stalen onderdelen wordt gevormd door het aanbrengen van een zink-chroomcoating op stalen onderdelen en het bakken via een volledig gesloten- cycluscoating, ook bekend als Dacromet-behandeling. Het heeft de volgende uitstekende eigenschappen:
1) De tijd van de neutrale zoutsproeitest (NSS) kan 500 ~ 1000 uur bedragen.
2) Goede permeabiliteit.
3) Geen gevoeligheid voor waterstofverbrossing.
4) Lage milieuvervuiling.
5) Als bevestigingsmiddel is de consistentie van de koppel-voorspanning zeer goed.
6) Matige prijs (ongeveer 2 keer die van gewoon verzinken).
De belangrijkste nadelen van de Dacromet-behandeling zijn als volgt:
1) Slechte slijtvastheid (hardheid slechts 1 H).
2) Eén kleur (alleen zilverwit en zilvergrijs), slecht decoratief effect.
3) Slechte elektrische geleiding, niet geschikt voor onderdelen met geleidende aansluitingen.
4. Het veranderen van de microstructuur van staal
4.1 Wijziging van samenstelling (zoals RVS)
Roestvrij staal is de afkorting van roestvrij zuur-bestendig staal, dat een uitstekende corrosieweerstand en een goed decoratief effect heeft, en op grote schaal wordt gebruikt op verschillende gebieden. Momenteel wordt algemeen aangenomen dat het corrosieweerstandsmechanisme van roestvrij staal hoofdzakelijk als volgt is:
1) Wanneer het Cr-gehalte 13% overschrijdt, zal de elektrodepotentiaal van het staal stijgen van een negatief potentieel naar een positief potentieel, waardoor de staalmatrix zelf "inert" wordt;
2) Cr zal een dichte Cr-rijke passieve film vormen op het staaloppervlak om de matrix verder te beschermen;
3) Roestvast staal kan worden onderverdeeld in martensitisch staal, ferritisch staal, austenitisch staal, austenitisch-ferritisch roestvrij staal, enz., afhankelijk van de microstructuur. Onder hen heeft austenitisch roestvrij staal de beste corrosieweerstand, zoals roestvrij staal uit de A2- en A4-serie.
Roestvast staal heeft voornamelijk de volgende tekortkomingen:
① Lage vloeigrens (doorgaans niet meer dan 300 MPa), niet geschikt voor de verbinding van grote structurele onderdelen;
② Gevoelig voor vastlopen van schroefdraad: wanneer roestvrijstalen bouten worden vastgedraaid, is het gemakkelijk om het schroefdraadoppervlak te beschadigen, en op dit moment zal er spontaan een oxidelaag ontstaan, wat de hechting en vergrendeling van de bouten verder zal verergeren;
③ Gevoelig voor intergranulaire corrosie: bij een bepaalde temperatuur zullen C en Cr in roestvrij staal verbindingen vormen, vooral nabij de korrelgrenzen, wat zal leiden tot het verschijnen van "Cr--verarmde gebieden" aan de korrelgrenzen en intergranulaire corrosie zal veroorzaken;
④ Slechte corrosiebestendigheid tegen Cl⁻-medium (behalve A4 roestvrij staal);
⑤ Hoge prijs (ongeveer 4 keer die van een Dacromet-behandeling).
4.2 Wijziging van de status van de warmtebehandeling
Staalmaterialen zijn voornamelijk meerfasige structuren (onzuiverheden, carbiden, intermetallische verbindingen en andere tweede fasen bestaan meestal als kathodes in staal, terwijl de Fe-matrix als anode fungeert). Er is een potentiaalverschil tussen elke fase in de meerfasenstructuur, waardoor een corrosiemicrocel ontstaat. De tweede fase kan een anodische passivatiefase of een kathodische oplossingsfase zijn, die beide de corrosieweerstand van de matrix zullen beïnvloeden.
Als we roestvrij staal als voorbeeld nemen, vereisen de las- en warmtebehandelingsprocessen extra voorzichtigheid. Als roestvrij staal na behandeling met een hoge- temperatuuroplossing tussen 400 en 850 graden wordt verwarmd, zal een groot aantal Cr₂₃C₆- en Cr₇C₃-carbiden neerslaan langs de korrelgrenzen, waardoor een Cr--arm gebied nabij de korrelgrenzen wordt gevormd. Carbiden fungeren als de kathode van de corrosiecel, en het Cr--arme gebied fungeert als de anode van de corrosiecel, waardoor intergranulaire corrosie ontstaat en dit leidt tot een aanzienlijke afname van de corrosieweerstand van roestvrij staal.
