Elements de fixaciósón els components més comuns en equips mecànics utilitzats per a la subjecció de connexions, tots ells utilitzats en entorns específics. La interacció-a llarg termini entre els elements de fixació i l'entorn sempre canviarà el seu estat i rendiment, és a dir, es produeix corrosió, que és una de les principals formes de fallada dels elements de fixació. La corrosió lleu dels elements de fixació afectarà la capacitat de desmuntatge i la reutilització dels fils, mentre que la corrosió severa danyarà la resistència de la connexió entre els components i fins i tot provocarà una fallada sobtada de les peces de treball i accidents catastròfics. Per tant, l'anti-corrosió dels elements de fixació sempre ha estat un tema de gran preocupació.
Tecnologies anti-corrosió habituals per a elements de subjecció
El tractament anticorrosió dels elements de fixació acostuma a formar un recobriment o una capa anticorrosió a la superfície de la peça mitjançant determinats mètodes per evitar que l'entorn extern afecti els mateixos elements de fixació i aconseguir l'efecte de resistència a la corrosió. Hi ha quatre tecnologies anti-corrosió principals per als elements de fixació: tecnologia de tractament de pel·lícules, tecnologia de revestiment de metall, tecnologia de recobriment i canvi de l'estructura interna del metall (com ara l'acer inoxidable).
1. Tecnologia de tractament de pel·lícules
La tecnologia de tractament de pel·lícules es refereix principalment al procés de generació d'una pel·lícula de conversió química (electroquímica) estable a la superfície metàl·lica mitjançant mètodes químics o electroquímics. Per exemple, en els vehicles ferroviaris urbans, el tractament d'ennegriment/blau i el tractament de fosfatació s'utilitzen àmpliament per al tractament de pel·lícules dels elements de fixació.
1.1 Ennegriment i blau
El procés de col·locar peces d'acer en una solució alcalina concentrada que conté oxidants i tractar-les a uns 140 graus durant un cert període de temps per formar una pel·lícula d'òxid químic (composada principalment per Fe₃O₄) a la superfície de les peces d'acer s'anomena tractament d'ennegriment/blau.
Característiques tècniques del tractament d'ennegriment/blavatge:
1) El gruix de la pel·lícula és de 0,5-1,5 μm.
2) El temps de la prova d'esprai de sal neutre (NSS) és generalment de només 2 ~ 5 hores, moment en què la pel·lícula d'òxid s'ha trencat i fins i tot apareixerà molt òxid.
3) Baixa sensibilitat a la fragilitat de l'hidrogen, es pot utilitzar percargols-d'alta resistència.
4) Com a fixació, la seva consistència de precàrrega-par de torsió és baixa.
5) Color brillant i bon efecte decoratiu.
6) Baix cost.
1.2 Tractament de fosfatació
El procés d'immersió de peces d'acer en una solució que conté manganès, àcid fosfòric, fosfat i altres reactius per formar una pel·lícula de conversió de fosfat insoluble en aigua-a la superfície metàl·lica s'anomena tractament de fosfatació. Les característiques tècniques del tractament de fosfatació són les següents:
1) La pel·lícula es combina fermament amb el substrat (gruix 1 ~ 50 μm).
2) El temps de prova d'esprai de sal neutre (NSS) pot arribar a les 10 ~ 20 hores, i alguns poden arribar a les 72 hores.
3) Poca resistència mecànica i textura trencadissa.
4) Com a element de subjecció, la seva consistència de precàrrega-par de torsió és bona.
5) El color és fosc, com ara el gris clar, i l'efecte decoratiu és pobre.
6) Baixa sensibilitat a la fragilitat de l'hidrogen, es pot utilitzar per-perns d'alta resistència.
7) Baix cost.
2. Tecnologia de revestiment de metall
La tecnologia de xapat metàl·lic és un procés de tractament de superfícies que forma principalment una fina capa metàl·lica a la superfície dels materials metàl·lics mitjançant l'ús de la tecnologia de xapat per dotar els materials metàl·lics de propietats decoratives o protectores. En els vehicles ferroviaris urbans, la tecnologia de revestiment metàl·lic dels elements de fixació és principalment la galvanització, així com altres revestiments metàl·lics especials (cromat, niquelat, cadmi, platejat, etc.).
2.1 Galvanització
El zinc i el ferro són miscibles i el seu potencial d'elèctrode estàndard és de -0,76 V. Per al substrat d'acer, el recobriment de zinc és un recobriment anòdic, que pot protegir millor el substrat d'acer. Per tant, la tecnologia de galvanització s'utilitza molt en els elements de fixació. Hi ha tres mètodes de galvanització comuns: galvanització en calent, electrogalvanització i galvanització mecànica.
2.1.1 Galvanització per immersió-calent
La galvanització en calent-es refereix al procés d'immersió de peces d'acer en zinc líquid fos, provocant una sèrie de reaccions físiques i químiques a la superfície de la peça per formar un recobriment de zinc metàl·lic. El gruix del recobriment de galvanització per immersió en calent és relativament gruixut (fins a 30 ~ 60 μm) i la seva resistència a la corrosió és excel·lent. S'utilitza àmpliament en peces d'acer utilitzades a l'aire lliure durant molt de temps (com ara torres de televisió, baranes d'autopistes, etc.). Per als elements de fixació, la galvanització en calent-generalment s'aplica a cargols de M6 i superiors, però no es pot utilitzar per a fixacions-de gran resistència. La raó principal és que la temperatura de funcionament del procés de galvanització en calent-és relativament alta (400 graus ~ 500 graus), cosa que és fàcil de provocar un suavització del temperament dels elements de fixació-d'alta resistència i reduir-ne la resistència.
2.1.2 Electrogalvanització
L'electrogalvanització és l'ús del principi d'electròlisi per formar un recobriment de zinc uniforme, dens i{0}}ben lligat a la superfície de les peces d'acer. El gruix de la capa de zinc electrogalvanitzat és relativament prim (5 ~ 30 μm) i la seva resistència a la corrosió és la pitjor entre els tractaments anticorrosió de galvanització -. No obstant això, el seu procés és senzill, el cost és baix i té poc impacte en l'enganxament del fil, de manera que s'utilitza àmpliament en els elements de fixació. Com que l'electrogalvanització té una alta sensibilitat a la fragilitat de l'hidrogen i és difícil eliminar completament l'hidrogen (la capa electrogalvanitzada es pelarà o caurà quan la temperatura sigui superior a 100 graus), l'electrogalvanització no es pot utilitzar per a elements de fixació d'alta -resistència.
2.1.3 Galvanització mecànica
La galvanització mecànica es refereix a un procés de tractament superficial en què les peces d'acer formen un recobriment de zinc impactant la superfície de les peces d'acer amb mitjans d'impacte sota l'acció de substàncies químiques com ara pols de zinc, dispersant i accelerador. El gruix de la capa galvanitzada mecànica és generalment de 5 ~ 50 μm. La superfície del recobriment és densa i uniforme, amb un bon efecte decoratiu i una excel·lent resistència a la corrosió; a més, no presenta inconvenients com ara el tremp a alta-temperatura i la fragilització de l'hidrogen existents en la galvanització-per calent i l'electrogalvanització, per la qual cosa és un procés de tractament superficial especialment adequat per a la anticorrosió dels elements de fixació.
2.2 Altres revestiments metàl·lics
2.2.1 Cromat
Com a recobriment metàl·lic, el crom té les característiques d'una forta adherència, una bona resistència al desgast, un excel·lent efecte decoratiu i una alta resistència a la calor (es pot utilitzar normalment per sota dels 500 graus). Per tant, és molt ideal utilitzar el recobriment de crom com a recobriment metàl·lic dels elements de fixació.
Els principals desavantatges del cromat són els següents:
1) El procés és complex i primer s'ha de xapar níquel o coure abans del cromat.
2) Preu alt.
3) El recobriment de crom és dur i trencadís i fàcil de caure.
2.2.2 Níquel
Com a recobriment metàl·lic, el níquel té una bona conductivitat elèctrica, alta duresa, bon efecte decoratiu i resistència a la calor (es pot utilitzar normalment per sota dels 600 graus), per la qual cosa també és ideal utilitzar níquel per a fixacions.
Els principals desavantatges del niquelat són els següents:
1) El procés és complex i el coure s'ha de xapar primer abans del niquelat (l'original "abans del cromat" és una errada).
2) El recobriment de níquel és porós i la corrosió de la matriu s'accelerarà quan el recobriment sigui prim.
3) Preu alt.
2.2.3 Revestiment de cadmi
Com a recobriment metàl·lic, el cadmi és un recobriment anòdic, que té les característiques d'una forta resistència a la corrosió de l'àcid clorhídric, una baixa fragilitat per l'hidrogen i un bon efecte decoratiu. És especialment adequat per a elements de subjecció utilitzats en entorns marins (com ara els elements de fixació d'avions marins i plataformes de perforació de petroli).
Els principals desavantatges del revestiment de cadmi són els següents:
① Alta contaminació ambiental. El gas generat quan el cadmi es fon i les sals de cadmi solubles són tòxics.
② Preu alt.
2.2.4 Platejat
Com a recobriment metàl·lic, la plata té una excel·lent conductivitat elèctrica, un excel·lent rendiment reflectant, una bona lubricitat i una excel·lent resistència a la calor (es pot utilitzar normalment per sota dels 870 graus). Per tant, el platejat s'utilitza àmpliament en camps com l'electrònica i l'enginyeria elèctrica, components d'alta-freqüència (com ara cargols conductors del generador, terminals de sortida de la bateria del vehicle).
Els principals desavantatges del platejat són els següents:
① El procés és complex i el coure s'ha de xapar primer abans del platejat.
② El preu és molt car.
2.2.5 Revestiment de zinc-níquel
El recobriment compost de zinc-níquel és un nou tipus de recobriment metàl·lic d'aliatge desenvolupat a partir de la tecnologia de tractament superficial de zincat, que té molts avantatges:
1) El temps de prova d'esprai de sal neutre (NSS) pot arribar a les 500 ~ 1500 hores.
2) El potencial de l'elèctrode del recobriment està entre Fe i Zn, que és més adequat per al muntatge amb peces d'alumini.
3) Alta duresa del recobriment i bon efecte decoratiu.
4) Gairebé no es pot fer servir la fragilitat de l'hidrogenelements de fixació-d'alta resistència.
5) Bona resistència a la calor (es pot utilitzar normalment per sota dels 800 graus; l'original "8009C" és una errada).
El principal desavantatge del recobriment de zinc-níquel és el seu preu elevat (unes 6 vegades el de la galvanització normal), però el seu excel·lent rendiment integral ha estat cada cop més reconegut.
3. Tecnologia de recobriment
La tecnologia de recobriment és una tecnologia de tractament de superfícies que aplica recobriments específics a la superfície dels objectes mitjançant determinats equips i mètodes per formar una pel·lícula densa, contínua i uniforme a la superfície, i després l'asseca i cura per mètodes naturals o artificials per formar un recobriment protector o decoratiu.
En els elements de fixació, la tecnologia de recobriment més utilitzada és la tecnologia de recobriment de zinc-crom, que és un recobriment format a la superfície de les peces d'acer mitjançant l'aplicació d'un recobriment de zinc-crom a les peces d'acer i la cocció mitjançant un recobriment de cicle de circuit tancat-complet, també conegut com a tractament Dacromet. Té les següents excel·lents característiques:
1) El temps de prova d'esprai de sal neutre (NSS) pot arribar a les 500 ~ 1000 hores.
2) Bona permeabilitat.
3) Sense sensibilitat a la fragilitat de l'hidrogen.
4) Baixa contaminació ambiental.
5) Com a element de subjecció, la seva consistència de precàrrega-parell és molt bona.
6) Preu moderat (aproximadament 2 vegades el de la galvanització normal).
Els principals desavantatges del tractament amb Dacromet són els següents:
1) Poca resistència al desgast (la duresa és de només 1 H).
2) Color únic (només blanc plata i gris plata), efecte decoratiu deficient.
3) Pobre conductivitat elèctrica, no apta per a peces amb connexions conductores.
4. Canvi de la microestructura de l'acer
4.1 Canvi de composició (com ara l'acer inoxidable)
L'acer inoxidable és l'abreviatura d'acer -resistent a l'àcid inoxidable, que té una excel·lent resistència a la corrosió i un bon efecte decoratiu, i s'utilitza àmpliament en diversos camps. Actualment, en general es creu que el mecanisme de resistència a la corrosió de l'acer inoxidable és principalment el següent:
1) Quan el contingut de Cr supera el 13%, el potencial de l'elèctrode de l'acer augmentarà de potencial negatiu a potencial positiu, fent que la matriu d'acer sigui "inert";
2) Cr formarà una densa pel·lícula passiva rica en Cr-a la superfície d'acer per protegir encara més la matriu;
3) L'acer inoxidable es pot dividir en acer martensític, acer ferrític, acer austenític, acer inoxidable austenític-ferrític, etc. segons la microestructura. Entre ells, l'acer inoxidable austenític té la millor resistència a la corrosió, com l'acer inoxidable de les sèries A2 i A4.
L'acer inoxidable presenta principalment les següents deficiències:
① Baixa resistència a la fluència (generalment no superior a 300 MPa), no apta per a la connexió de peces estructurals principals;
② Propens a l'enganxament del fil: quan els cargols d'acer inoxidable s'estrenyen, és fàcil danyar la superfície del fil i, en aquest moment, es generarà espontàniament una capa d'òxid, que agreujarà encara més l'adhesió i el bloqueig del cargol;
③ Propens a la corrosió intergranular: a una temperatura determinada, C i Cr a l'acer inoxidable formaran compostos, especialment a prop dels límits del gra, que provocaran l'aparició de "zones esgotades de Cr-" als límits del gra i provocaran corrosió intergranular;
④ Poca resistència a la corrosió al mitjà Cl⁻ (excepte l'acer inoxidable A4);
⑤ Preu alt (aproximadament 4 vegades el del tractament Dacromet).
4.2 Canvi d'estat del tractament tèrmic
Els materials d'acer són principalment estructures multifàsiques (impureses, carburs, compostos intermetàl·lics i altres segones fases solen existir com a càtodes a l'acer, mentre que la matriu Fe actua com a ànode). Hi ha una diferència de potencial entre cada fase de l'estructura multifàsica, formant una microcel·lula de corrosió. La segona fase pot ser una fase de passivació anòdica o una fase de dissolució catòdica, ambdues que afectaran la resistència a la corrosió de la matriu.
Prenent com a exemple l'acer inoxidable, els seus processos de soldadura i tractament tèrmic necessiten una precaució addicional. Després d'un tractament amb solució a alta-temperatura, si l'acer inoxidable s'escalfa entre 400 i 850 graus, un gran nombre de carburs Cr₂₃C₆ i Cr₇C₃ precipitaran al llarg dels límits del gra, formant una àrea esgotada de Cr-a prop dels límits del gra. Els carburs actuen com el càtode de la cèl·lula de corrosió i l'àrea esgotada de Cr-actua com l'ànode de la cèl·lula de corrosió, provocant així corrosió intergranular i provocant una disminució significativa de la resistència a la corrosió de l'acer inoxidable.
