Stiprinājumiir visizplatītākās sastāvdaļas mehāniskajās iekārtās, ko izmanto savienojumu nostiprināšanai, un tās visas tiek izmantotas īpašās vidēs. Ilgtermiņa mijiedarbība starp savienotājelementiem un vidi vienmēr mainīs to stāvokli un veiktspēju, tas ir, notiek korozija, kas ir viens no galvenajiem stiprinājumu bojājuma veidiem. Viegla stiprinājumu korozija ietekmēs vītņu atdalāmību un atkārtotu izmantošanu, savukārt spēcīga korozija sabojās savienojuma izturību starp komponentiem un pat izraisīs pēkšņu sagatavju atteici un katastrofālus negadījumus. Tāpēc stiprinājumu -korozijas novēršana vienmēr ir bijusi ļoti aktuāla tēma.
Izplatītas pretkorozijas{0}tehnoloģijas stiprinājumiem
Stiprinājumu pretkorozijas apstrāde parasti veido pārklājumu vai pretkorozijas slāni uz sagataves virsmas, izmantojot noteiktas metodes, lai novērstu ārējās vides ietekmi uz pašiem stiprinājumiem un panāktu izturību pret koroziju. Ir četras galvenās izplatītās pretkorozijas tehnoloģijas stiprinājumiem: plēves apstrādes tehnoloģija, metāla pārklājuma tehnoloģija, pārklāšanas tehnoloģija un metāla (piemēram, nerūsējošā tērauda) iekšējās struktūras maiņa.
1. Plēves apstrādes tehnoloģija
Plēves apstrādes tehnoloģija galvenokārt attiecas uz stabilas ķīmiskas (elektroķīmiskas) konversijas plēves radīšanu uz metāla virsmas, izmantojot ķīmiskas vai elektroķīmiskas metodes. Piemēram, pilsētas dzelzceļa transportlīdzekļos stiprinājumu plēves apstrādei plaši tiek izmantota apstrāde ar melnumu/zilēšanu un apstrāde ar fosfatēšanu.
1.1. Melnināšana un zilēšana
Tērauda detaļu ievietošanu koncentrētā sārmainā šķīdumā, kas satur oksidētājus, un apstrādi aptuveni 140 grādu temperatūrā uz noteiktu laiku, veidojot ķīmisko oksīda plēvi (galvenokārt no Fe₃O₄) uz tērauda detaļu virsmas, sauc par melnināšanu/zilēšanu.
Melnināšanas/zilēšanas apstrādes tehniskie parametri:
1) Plēves biezums ir 0,5-1,5 μm.
2) Neitrālā sāls izsmidzināšanas testa (NSS) laiks parasti ir tikai 2–5 stundas, un šajā laikā oksīda plēve ir saplīsusi un pat parādīsies daudz rūsas.
3) Zema ūdeņraža trausluma jutība, var izmantotaugstas{0}}stiprības skrūves.
4) Kā stiprinājumam tā griezes momenta-priekšslodzes konsistence ir slikta.
5) Spilgta krāsa un labs dekoratīvs efekts.
6) Zemas izmaksas.
1.2. Fosfatēšanas apstrāde
Tērauda detaļu iegremdēšanu šķīdumā, kas satur mangānu, fosforskābi, fosfātu un citus reaģentus, lai uz metāla virsmas izveidotu ūdenī -nešķīstošu fosfātu konversijas plēvi, sauc par apstrādi ar fosfātu. Fosfēšanas apstrādes tehniskie parametri ir šādi:
1) Plēve ir stingri savienota ar substrātu (biezums 1 ~ 50 μm).
2) Neitrālā sāls izsmidzināšanas testa (NSS) laiks var sasniegt 10–20 stundas, bet daži var sasniegt 72 stundas.
3) Slikta mehāniskā izturība un trausla tekstūra.
4) Kā stiprinājumam tā griezes momenta-priekšslodzes konsistence ir laba.
5) Krāsa ir tumša, piemēram, gaiši pelēka, un dekoratīvais efekts ir vājš.
6) Zema jutība pret ūdeņraža trauslumu, var izmantot augstas -stiprības skrūvēm.
7) Zemas izmaksas.
2. Metāla apšuvuma tehnoloģija
Metāla pārklāšanas tehnoloģija ir virsmas apstrādes process, kas galvenokārt veido plānu metāla slāni uz metāla materiālu virsmas, izmantojot apšuvuma tehnoloģiju, lai piešķirtu metāla materiāliem dekoratīvas vai aizsargājošas īpašības. Pilsētas dzelzceļa transportlīdzekļos stiprinājumu metāla pārklājuma tehnoloģija galvenokārt ir cinkošana, kā arī citi īpaši metāla pārklājumi (hromēšana, niķelēšana, kadmija pārklājums, sudraba pārklājums utt.).
2.1 Cinkošana
Cinks un dzelzs sajaucas, un to standarta elektrodu potenciāls ir -0,76 V. Tērauda pamatnei cinka pārklājums ir anodisks pārklājums, kas var labāk aizsargāt tērauda pamatni. Tāpēc cinkošanas tehnoloģija tiek ļoti plaši izmantota stiprinājumiem. Ir trīs izplatītas cinkošanas metodes: karstā cinkošana, elektrogalvanizācija un mehāniskā cinkošana.
2.1.1. Karstā-galvanizācija
Karstā-cinkošana attiecas uz tērauda detaļu iegremdēšanu izkausētā šķidrā cinkā, izraisot virkni fizikālu un ķīmisku reakciju uz apstrādājamās detaļas virsmas, veidojot metāla cinka pārklājumu. Karstās cinkošanas pārklājuma biezums ir salīdzinoši biezs (līdz 30–60 μm), un tā izturība pret koroziju ir lieliska. To plaši izmanto tērauda detaļās, ko ilgstoši izmanto ārpus telpām (piemēram, TV torņos, šosejas aizsargmargās utt.). Stiprinājumiem karstā-cinkošana parasti ir piemērojama M6 un augstāka izmēra skrūvēm, taču to nevar izmantot augstas stiprības{10}}stiprinājumiem. Galvenais iemesls ir tas, ka karstās cinkošanas procesa darba temperatūra ir salīdzinoši augsta (400 grādi ~ 500 grādi), kas viegli var izraisīt augstas stiprības stiprinājumu atlaidināšanu un samazināt to izturību.
2.1.2. Elektrogalvanizācija
Elektrogalvanizācija ir elektrolīzes principa izmantošana, lai izveidotu vienmērīgu, blīvu un labi{0}}saistītu cinka pārklājumu uz tērauda detaļu virsmas. Elektrogalvanizētā cinka slāņa biezums ir salīdzinoši plāns (5–30 μm), un tā izturība pret koroziju ir sliktākā starp cinkošanas pretkorozijas apstrādi. Tomēr tā process ir vienkāršs, izmaksas ir zemas, un tas maz ietekmē vītnes saķeri, tāpēc to plaši izmanto stiprinājumu ražošanā. Tā kā elektrogalvanizācijai ir augsta jutība pret ūdeņraža trauslumu un ir grūti pilnībā noņemt ūdeņradi (elektrogalvanizētais slānis nolobīsies vai nokrīt, ja temperatūra ir virs 100 grādiem), elektrogalvanizāciju nevar izmantot augstas stiprības stiprinājumiem.
2.1.3. Mehāniskā cinkošana
Mehāniskā cinkošana attiecas uz virsmas apstrādes procesu, kurā tērauda detaļas veido cinka pārklājumu, iedarbojoties uz tērauda detaļu virsmu ar triecienvidiem ķīmisku vielu, piemēram, cinka pulvera, disperģētāja un paātrinātāja, iedarbībā. Mehāniskā cinkota slāņa biezums parasti ir 5–50 μm. Pārklājuma virsma ir blīva un viendabīga, ar labu dekoratīvo efektu un izcilu izturību pret koroziju; turklāt tai nav nekādu trūkumu, piemēram, rūdīšana augstā temperatūrā un ūdeņraža trauslums, kas pastāv karstās-galvanizācijas un elektrogalvanizācijas procesā, tāpēc tas ir virsmas apstrādes process, kas īpaši piemērots stiprinājumu pretkorozijas novēršanai.
2.2. Citi metāla pārklājumi
2.2.1. Hromēšana
Kā metāla pārklājumam hromam ir spēcīgas adhēzijas īpašības, laba nodilumizturība, lielisks dekoratīvs efekts un augsta karstumizturība (parasti var izmantot zem 500 grādiem). Tāpēc ļoti ideāli ir izmantot hroma pārklājumu kā stiprinājumu metāla pārklājumu.
Galvenie hromēšanas trūkumi ir šādi:
1) Process ir sarežģīts, un pirms hromēšanas vispirms ir jāpārklāj niķelis vai varš.
2) Augsta cena.
3) Hroma pārklājums ir ciets un trausls, un tas viegli nokrīt.
2.2.2. Niķelēšana
Kā metāla pārklājumam niķelim ir laba elektrovadītspēja, augsta cietība, labs dekoratīvs efekts un karstumizturība (parasti var izmantot zem 600 grādiem), tāpēc ir ideāli piemērots arī stiprinājumu niķeļa pārklājumam.
Galvenie niķeļa pārklājuma trūkumi ir šādi:
1) Process ir sarežģīts, un pirms niķeļa pārklājuma vispirms ir jāpārklāj varš (sākotnējais "pirms hromēšanas" ir drukas kļūda).
2) Niķeļa pārklājums ir porains, un matricas korozija tiks paātrināta, kad pārklājums ir plāns.
3) Augsta cena.
2.2.3. Kadmija pārklājums
Kā metāla pārklājums kadmijs ir anodisks pārklājums, kam piemīt spēcīga sālsskābes izturība pret koroziju, zems ūdeņraža trauslums un labs dekoratīvs efekts. Tas ir īpaši piemērots stiprinājumiem, ko izmanto jūras vidē (piemēram, jūras lidmašīnu un naftas urbšanas platformu stiprinājumi).
Galvenie kadmija pārklājuma trūkumi ir šādi:
① Augsts vides piesārņojums. Gāze, kas rodas, kadmijam kūstot, un šķīstošie kadmija sāļi ir toksiskas.
② Augsta cena.
2.2.4. Apsudrabošana
Kā metāla pārklājumam sudrabam ir lieliska elektrovadītspēja, lieliska atstarošanās spēja, laba eļļošana un lieliska karstumizturība (parasti var izmantot zem 870 grādiem). Tāpēc sudraba pārklājumu plaši izmanto tādās jomās kā elektronika un elektrotehnika, augstfrekvences komponenti (piemēram, ģeneratora vadošās skrūves, transportlīdzekļa akumulatora kontaktligzdas).
Galvenie sudraba pārklājuma trūkumi ir šādi:
① Process ir sarežģīts, un pirms sudraba pārklājuma vispirms ir jāpārklāj varš.
② Cena ir ļoti dārga.
2.2.5. Cinko{1}}niķeļa pārklājums
Cinka-niķeļa kompozītmateriālu pārklājums ir jauna veida sakausējuma metālu pārklājums, kas izstrādāts, pamatojoties uz cinkošanas virsmas apstrādes tehnoloģiju un kam ir daudz priekšrocību:
1) Neitrālā sāls izsmidzināšanas testa (NSS) laiks var sasniegt 500–1500 stundas.
2) Pārklājuma elektrodu potenciāls ir starp Fe un Zn, kas ir vairāk piemērots montāžai ar alumīnija detaļām.
3) Augsta pārklājuma cietība un labs dekoratīvs efekts.
4) Gandrīz nav ūdeņraža trausluma, var izmantotaugstas{0}}stiprības stiprinājumi.
5) Laba karstumizturība (parasti var izmantot zem 800 grādiem; oriģinālais "8009C" ir drukas kļūda).
Galvenais cinka-niķeļa pārklājuma trūkums ir tā augstā cena (apmēram 6 reizes augstāka par parasto cinkošanu), taču tā lieliskā visaptverošā veiktspēja tiek atzīta arvien plašāk.
3. Pārklājuma tehnoloģija
Pārklājuma tehnoloģija ir virsmas apstrādes tehnoloģija, kas ar noteiktām iekārtām un metodēm uz objektu virsmas uzklāj specifiskus pārklājumus, veidojot uz virsmas blīvu, nepārtrauktu un viendabīgu kārtiņu, un pēc tam to izžāvē un sacietē ar dabīgām vai mākslīgām metodēm, veidojot aizsargājošu vai dekoratīvu pārklājumu.
Stiprinājuma elementos visplašāk izmantotā pārklājuma tehnoloģija ir cinka-hroma pārklājuma tehnoloģija, kas ir pārklājums, kas izveidots uz tērauda detaļu virsmas, uzklājot tērauda detaļām cinka-hroma pārklājumu un cepot cauri pilnai slēgta-cikla pārklājumam, ko sauc arī par Dacromet apstrādi. Tam ir šādas lieliskas īpašības:
1) Neitrālā sāls izsmidzināšanas testa (NSS) laiks var sasniegt 500–1000 stundas.
2) Laba caurlaidība.
3) Nav jutīguma pret ūdeņraža trauslumu.
4) Zems vides piesārņojums.
5) Kā stiprinājumam tā griezes momenta-priekšslodzes konsistence ir ļoti laba.
6) Mērena cena (apmēram 2 reizes augstāka par parasto cinkošanu).
Galvenie Dacromet ārstēšanas trūkumi ir šādi:
1) Slikta nodilumizturība (cietība ir tikai 1 H).
2) Vienkrāsains (tikai sudrabaini balts un sudrabaini pelēks), slikts dekoratīvais efekts.
3) Slikta elektrovadītspēja, nav piemērota detaļām ar vadošiem savienojumiem.
4. Tērauda mikrostruktūras maiņa
4.1. Sastāva maiņa (piemēram, nerūsējošais tērauds)
Nerūsējošais tērauds ir nerūsējošā skābes{0}izturīgā tērauda saīsinājums, kam ir lieliska izturība pret koroziju un labs dekoratīvs efekts, un to plaši izmanto dažādās jomās. Pašlaik parasti tiek uzskatīts, ka nerūsējošā tērauda korozijas izturības mehānisms galvenokārt ir šāds:
1) Kad Cr saturs pārsniedz 13%, tērauda elektrodu potenciāls paaugstināsies no negatīvā potenciāla uz pozitīvu potenciālu, padarot tērauda matricu par "inertu";
2) Cr veidos blīvu Cr{1}}bagātu pasīvo plēvi uz tērauda virsmas, lai vēl vairāk aizsargātu matricu;
3) Atkarībā no mikrostruktūras nerūsējošo tēraudu var iedalīt martensīta tēraudā, ferīta tēraudā, austenīta tēraudā, austenīta -ferīta nerūsējošajā tēraudā utt. Starp tiem austenīta nerūsējošajam tēraudam ir vislabākā izturība pret koroziju, piemēram, A2 un A4 sērijas nerūsējošajam tēraudam.
Nerūsējošajam tēraudam galvenokārt ir šādi trūkumi:
① Zema tecēšanas robeža (parasti ne vairāk kā 300 MPa), nav piemērota galveno konstrukcijas daļu savienošanai;
② Nosliece uz vītnes aizķeršanos: pievelkot nerūsējošā tērauda skrūves, ir viegli sabojāt vītnes virsmu, un šajā laikā spontāni izveidosies oksīda slānis, kas vēl vairāk pasliktinās skrūvju saķeri un bloķēšanu;
③ Nosliece uz starpgraudu koroziju: noteiktā temperatūrā nerūsējošā tērauda C un Cr veidos savienojumus, īpaši graudu robežu tuvumā, kas radīs "Cr{0}}noplicinātus apgabalus" uz graudu robežām un izraisīs starpgraudu koroziju;
④ Slikta izturība pret koroziju pret Cl⁻ vidi (izņemot A4 nerūsējošo tēraudu);
⑤ Augsta cena (apmēram 4 reizes augstāka par Dacromet apstrādi).
4.2. Termiskās apstrādes stāvokļa maiņa
Tērauda materiāli galvenokārt ir daudzfāzu struktūras (piemaisījumi, karbīdi, intermetālu savienojumi un citas otrās fāzes parasti pastāv kā katodi tēraudā, bet Fe matrica darbojas kā anods). Daudzfāzu struktūrā starp katru fāzi pastāv potenciāla atšķirība, veidojot korozijas mikrošūnu. Otrā fāze var būt vai nu anoda pasivācijas fāze, vai katoda šķīdināšanas fāze, kas abas ietekmēs matricas izturību pret koroziju.
Ņemot par piemēru nerūsējošo tēraudu, tā metināšanas un termiskās apstrādes procesiem ir nepieciešama īpaša piesardzība. Ja nerūsējošais tērauds tiek uzkarsēts no 400 līdz 850 grādiem pēc šķīduma apstrādes augstā- temperatūrā, liels skaits Cr₂3C₆ un Cr₇C3 karbīdu nogulsnēs gar graudu robežām, veidojot Cr{4}}noplicinātu zonu pie graudu robežām. Karbīdi darbojas kā korozijas šūnas katods, un Cr-noplicinātā zona darbojas kā korozijas šūnas anods, tādējādi izraisot starpkristālu koroziju un būtiski samazinot nerūsējošā tērauda izturību pret koroziju.
