Fastgørelsesmidlerer de mest almindelige komponenter i mekanisk udstyr, der anvendes til fastgørelse af forbindelser, som alle bruges i specifikke miljøer. Den langsigtede-interaktion mellem fastenere og miljøet vil altid ændre deres tilstand og ydeevne, det vil sige, at der opstår korrosion, hvilket er en af hovedformerne for fastgørelsesfejl. Mild korrosion af fastgørelseselementer vil påvirke aftageligheden og genanvendeligheden af gevind, mens alvorlig korrosion vil beskadige styrken af forbindelsen mellem komponenter og endda føre til pludselige svigt af arbejdsemner og katastrofale ulykker. Derfor har anti-korrosion af fastgørelseselementer altid været et emne af stor bekymring.
Almindelige anti-korrosionsteknologier til fasteners
Anti-korrosionsbehandlingen af fastgørelseselementer danner sædvanligvis en belægning eller anti{1}}korrosionslag på overfladen af emnet ved hjælp af visse metoder for at forhindre det ydre miljø i at påvirke selve fastgørelseselementerne og opnå effekten af korrosionsbestandighed. Der er fire vigtigste almindelige anti-korrosionsteknologier til fastgørelseselementer: filmbehandlingsteknologi, metalbelægningsteknologi, belægningsteknologi og ændring af metalets indre struktur (såsom rustfrit stål).
1. Filmbehandlingsteknologi
Filmbehandlingsteknologi refererer hovedsageligt til processen med at generere en stabil kemisk (elektrokemisk) konverteringsfilm på metaloverfladen ved hjælp af kemiske eller elektrokemiske metoder. For eksempel i bybanekøretøjer er sort-/blånende behandling og fosfatbehandling i vid udstrækning brugt til filmbehandling af fastgørelseselementer.
1.1 Sværtning og blåfarvning
Processen med at placere ståldele i en koncentreret alkalisk opløsning indeholdende oxidanter og behandle dem ved ca. 140 grader i en vis periode for at danne en kemisk oxidfilm (hovedsageligt sammensat af Fe₃O₄) på overfladen af ståldele kaldes sortfarvnings/blånende behandling.
Tekniske karakteristika for sort-/blånende behandling:
1) Filmtykkelsen er 0,5-1,5 μm.
2) Den neutrale saltspray-test-tid (NSS) er generelt kun 2 ~ 5 timer, på hvilket tidspunkt oxidfilmen er gået i stykker, og endda meget rust vil forekomme.
3) Lav brintskørhedsfølsomhed, kan bruges tilhøj-bolte.
4) Som en fastener er dens drejningsmoment-forspændingskonsistens dårlig.
5) Lys farve og god dekorativ effekt.
6) Lave omkostninger.
1.2 Fosfatbehandling
Processen med at nedsænke ståldele i en opløsning indeholdende mangan, fosforsyre, fosfat og andre reagenser for at danne en vanduopløselig fosfatkonverteringsfilm på metaloverfladen kaldes fosfatbehandling. De tekniske egenskaber ved fosfatbehandling er som følger:
1) Filmen er fast kombineret med underlaget (tykkelse 1~50 μm).
2) Den neutrale saltspraytest (NSS) tid kan nå 10 ~ 20 timer, og nogle kan nå 72 timer.
3) Dårlig mekanisk styrke og skør tekstur.
4) Som en fastener er dens drejningsmoment-forspændingskonsistens god.
5) Farven er mørk som lysegrå, og den dekorative effekt er dårlig.
6) Lav brintskørhedsfølsomhed, kan bruges til bolte med høj-styrke.
7) Lave omkostninger.
2. Metalbelægningsteknologi
Metalbelægningsteknologi er en overfladebehandlingsproces, der hovedsageligt danner et tyndt metallag på overfladen af metalmaterialer ved at bruge pletteringsteknologi til at udstyre metalmaterialer med dekorative eller beskyttende egenskaber. I bybanekøretøjer er metalbelægningsteknologien til fastgørelseselementer hovedsagelig galvanisering såvel som andre specielle metalbelægninger (forkromning, fornikling, cadmiumbelægning, sølvbelægning osv.).
2.1 Galvanisering
Zink og jern er blandbare, og deres standardelektrodepotentiale er -0,76 V. For stålsubstratet er zinkbelægningen en anodisk belægning, som bedre kan beskytte stålsubstratet. Derfor er galvaniseringsteknologi meget udbredt i fastgørelseselementer. Der er tre almindelige galvaniseringsmetoder: varmgalvanisering, elektrogalvanisering og mekanisk galvanisering.
2.1.1 Varm-Dip galvanisering
Varmforzinkning refererer til processen med nedsænkning af ståldele i smeltet, flydende zink, hvilket forårsager en række fysiske og kemiske reaktioner på overfladen af emnet til dannelse af en metalzinkbelægning. Tykkelsen af varm-dip galvaniseringsbelægning er relativt tyk (op til 30~60 μm), og dens korrosionsbestandighed er fremragende. Det er meget udbredt i ståldele, der har været brugt udendørs i lang tid (såsom tv-tårne, autoværn, osv.). Til fastgørelseselementer er varmgalvanisering generelt anvendelig til bolte af M6 og derover, men det kan ikke bruges til fastgørelseselementer med høj-styrke. Hovedårsagen er, at driftstemperaturen for varmgalvaniseringsprocessen- er relativt høj (400 grader ~500 grader), hvilket er let at forårsage blødgøring af høj-fastgørelseselementer og reducere deres styrke.
2.1.2 Elektrogalvanisering
Elektrogalvanisering er brugen af elektrolyseprincippet til at danne en ensartet, tæt og godt-bundet zinkbelægning på overfladen af ståldele. Tykkelsen af det elektrogalvaniserede zinklag er relativt tynd (5~30 μm), og dets korrosionsbestandighed er den værste blandt galvaniserende anti-korrosionsbehandlinger. Dens proces er dog enkel, omkostningerne er lave, og den har ringe indflydelse på gevindindgreb, så den er meget udbredt i fastgørelseselementer. Fordi elektrogalvanisering har høj brintskørhedsfølsomhed, og det er vanskeligt fuldstændigt at fjerne brint (det elektrogalvaniserede lag vil skalle eller falde af, når temperaturen er over 100 grader), kan elektrogalvanisering ikke bruges til fastgørelseselementer med høj-styrke.
2.1.3 Mekanisk galvanisering
Mekanisk galvanisering refererer til en overfladebehandlingsproces, hvor ståldele danner en zinkbelægning ved at påvirke overfladen af ståldele med slagmedier under påvirkning af kemiske stoffer som zinkpulver, dispergeringsmiddel og accelerator. Tykkelsen af det mekaniske galvaniserede lag er generelt 5 ~ 50 μm. Overfladen af belægningen er tæt og ensartet, med god dekorativ effekt og fremragende korrosionsbestandighed; desuden har den ingen mangler såsom høj-temperaturhærdning og brintskørhed, der findes i varm-dypforzinkning og elektrogalvanisering, så det er en overfladebehandlingsproces, der er specielt velegnet til anti-korrosion af fastgørelseselementer.
2.2 Andre metalbelægninger
2.2.1 Forkromning
Som metalbelægning har krom karakteristika af stærk vedhæftning, god slidstyrke, fremragende dekorativ effekt og høj varmebestandighed (kan normalt bruges under 500 grader). Derfor er det meget ideelt at bruge krombelægning som metalbelægning af fastgørelseselementer.
De vigtigste ulemper ved forkromning er som følger:
1) Processen er kompleks, og nikkel eller kobber skal først belægges før forkromning.
2) Høj pris.
3) Krombelægningen er hård og skør og let at falde af.
2.2.2 Fornikling
Som metalbelægning har nikkel god elektrisk ledningsevne, høj hårdhed, god dekorativ effekt og varmebestandighed (kan normalt bruges under 600 grader), så det er også ideelt at bruge nikkelbelægning til fastgørelseselementer.
De vigtigste ulemper ved nikkelbelægning er som følger:
1) Processen er kompleks, og kobber skal pletteres først før nikkelbelægning (den originale "før forkromning" er en tastefejl).
2) Nikkelbelægningen er porøs, og matrixkorrosionen vil blive accelereret, når belægningen er tynd.
3) Høj pris.
2.2.3 Cadmiumbelægning
Som metalbelægning er cadmium en anodisk belægning, som har karakteristika af stærk saltsyrekorrosionsbestandighed, lav brintskørhed og god dekorativ effekt. Den er især velegnet til fastgørelseselementer, der bruges i marine miljøer (såsom fastgørelseselementer til marinefly og olieboreplatforme).
De vigtigste ulemper ved cadmiumbelægning er som følger:
① Høj miljøforurening. Gassen, der dannes, når cadmium smelter, og opløselige cadmiumsalte er giftige.
② Høj pris.
2.2.4 Sølvbelægning
Som metalbelægning har sølv fremragende elektrisk ledningsevne, fremragende reflekterende ydeevne, god smøreevne og fremragende varmebestandighed (kan normalt bruges under 870 grader). Derfor er forsølvning i vid udstrækning brugt inden for områder som elektronik og elektroteknik, højfrekvente komponenter (såsom generatorens ledende bolte, køretøjets batteriudtagsterminaler).
De største ulemper ved sølvbelægning er som følger:
① Processen er kompleks, og kobber skal pletteres først før sølvplettering.
② Prisen er meget dyr.
2.2.5 Zink-Nikkelbelægning
Zink-nikkelkompositbelægning er en ny type legeret metalbelægning udviklet på basis af zinkbelægningsoverfladebehandlingsteknologi, som har mange fordele:
1) Den neutrale saltspraytest (NSS) tid kan nå 500 ~ 1500 timer.
2) Belægningens elektrodepotentiale ligger mellem Fe og Zn, hvilket er mere velegnet til samling med aluminiumsdele.
3) Høj belægningshårdhed og god dekorativ effekt.
4) Næsten ingen brintskørhed, kan bruges tilhøj-fastgørelsesanordninger.
5) God varmebestandighed (kan bruges normalt under 800 grader; den originale "8009C" er en tastefejl).
Den største ulempe ved zink-nikkelbelægning er dens høje pris (ca. 6 gange mere end almindelig galvanisering), men dens fremragende omfattende ydeevne er blevet mere og mere anerkendt.
3. Belægningsteknologi
Belægningsteknologi er en overfladebehandlingsteknologi, der påfører specifikke belægninger på overfladen af genstande gennem bestemt udstyr og metoder for at danne en tæt, kontinuerlig og ensartet film på overfladen, og derefter tørrer og hærder den ved naturlige eller kunstige metoder for at danne en beskyttende eller dekorativ belægning.
I fastgørelseselementer er den mest udbredte belægningsteknologi zink-chrombelægningsteknologi, som er en belægning dannet på overfladen af ståldele ved at påføre zink-chrombelægning på ståldele og bage gennem en fuld lukket-kredsløbsbelægning, også kendt som Dacromet-behandling. Det har følgende fremragende egenskaber:
1) Den neutrale saltspraytest (NSS) tid kan nå 500 ~ 1000 timer.
2) God permeabilitet.
3) Ingen brintskørhedsfølsomhed.
4) Lav miljøforurening.
5) Som en fastener er dens drejningsmoment-forspændingskonsistens meget god.
6) Moderat pris (ca. 2 gange mere end almindelig galvanisering).
De vigtigste ulemper ved Dacromet-behandling er som følger:
1) Dårlig slidstyrke (hårdhed er kun 1 H).
2) Enkelt farve (kun sølvhvid og sølvgrå), dårlig dekorativ effekt.
3) Dårlig elektrisk ledningsevne, ikke egnet til dele med ledende forbindelser.
4. Ændring af stålets mikrostruktur
4.1 Ændring af sammensætning (såsom rustfrit stål)
Rustfrit stål er forkortelsen for rustfrit syrebestandigt-stål, som har fremragende korrosionsbestandighed og god dekorativ effekt, og som er meget udbredt inden for forskellige områder. På nuværende tidspunkt menes det generelt, at rustfrit ståls korrosionsbestandighedsmekanisme hovedsageligt er som følger:
1) Når Cr-indholdet overstiger 13%, vil stålets elektrodepotentiale stige fra negativt potentiale til positivt potentiale, hvilket gør selve stålmatrixen "inert";
2) Cr vil danne en tæt Cr-rig passiv film på ståloverfladen for yderligere at beskytte matrixen;
3) Rustfrit stål kan opdeles i martensitisk stål, ferritisk stål, austenitisk stål, austenitisk-ferritisk rustfrit stål osv. i henhold til mikrostrukturen. Blandt dem har austenitisk rustfrit stål den bedste korrosionsbestandighed, såsom A2- og A4-serien rustfrit stål.
Rustfrit stål har hovedsageligt følgende mangler:
① Lav flydespænding (generelt ikke mere end 300 MPa), ikke egnet til forbindelse af større konstruktionsdele;
② Tilbøjelig til at skrue fast: når rustfri stålbolte strammes, er det let at beskadige gevindoverfladen, og på dette tidspunkt vil der spontant dannes et oxidlag, hvilket yderligere forværrer boltens vedhæftning og låsning;
③ Tilbøjelig til intergranulær korrosion: ved en bestemt temperatur vil C og Cr i rustfrit stål danne forbindelser, især nær korngrænserne, hvilket vil føre til fremkomsten af "Cr-udtømte områder" ved korngrænserne og forårsage intergranulær korrosion;
④ Dårlig korrosionsbestandighed over for Cl⁻-medium (undtagen A4 rustfrit stål);
⑤ Høj pris (ca. 4 gange så meget som Dacromet-behandling).
4.2 Ændring af varmebehandlingstilstand
Stålmaterialer er hovedsageligt flerfasede strukturer (urenheder, karbider, intermetalliske forbindelser og andre sekundære faser eksisterer normalt som katoder i stål, mens Fe-matrixen fungerer som en anode). Der er en potentiel forskel mellem hver fase i flerfasestrukturen, der danner en korrosionsmikrocelle. Den anden fase kan være enten anodisk passiveringsfase eller katodisk opløsningsfase, som begge vil påvirke korrosionsbestandigheden af matrixen.
Tager man rustfrit stål som eksempel, kræver dets svejse- og varmebehandlingsprocesser ekstra forsigtighed. Efter behandling med høj-temperaturopløsning, hvis rustfrit stål opvarmes mellem 400 grader og 850 grader, vil et stort antal Cr₂₃C6- og Cr₇C₃-carbider udfældes langs korngrænserne og danne et Cr--udtømt område nær korngrænserne. Carbider fungerer som korrosionscellens katode, og det Cr--udtømte område fungerer som anoden for korrosionscellen, hvilket forårsager intergranulær korrosion og fører til et signifikant fald i rustfrit ståls korrosionsbestandighed.
