Befestigungselementesind die häufigsten Teile mechanischer Ausrüstung, die für Befestigungsverbindungen verwendet werden. Sie werden alle in bestimmten Umgebungen verwendet und die langfristige Wechselwirkung zwischen Verbindungselementen und der Umgebung führt immer zu Veränderungen ihres Zustands und ihrer Leistung. Veränderungen, also Korrosion, sind eine der Hauptursachen für das Versagen von Verbindungselementen. Leichte Korrosion von Befestigungselementen beeinträchtigt die Lösbarkeit und wiederholte Installation von Gewinden, und starke Korrosion beeinträchtigt die Festigkeit der Verbindung zwischen Komponenten und führt sogar zu plötzlichem Versagen von Werkstücken, was zu katastrophalen Unfällen führt. Daher war der Korrosionsschutz von Verbindungselementen für alle schon immer ein großes Anliegen. Thema von.
Korrosionsschutztechnologie, die üblicherweise für Verbindungselemente verwendet wird
Häufig verwendete Korrosionsschutztechnologie für Verbindungselemente. Die Korrosionsschutzbehandlung von Verbindungselementen bildet im Allgemeinen durch eine bestimmte Methode eine Deckschicht oder Korrosionsschutzschicht auf der Oberfläche des Werkstücks, um den Einfluss der äußeren Umgebung auf das Verbindungselement selbst zu verhindern und das zu erreichen Wirkung der Korrosionsbeständigkeit. Es gibt vier wesentliche Korrosionsschutztechnologien für Verbindungselemente: Filmschichtbehandlungstechnologie, Metallbeschichtungstechnologie, Beschichtungstechnologie und Änderung der inneren Struktur von Metall (z. B. Edelstahl).
1. Filmbehandlungstechnologie
Die Filmbehandlungstechnologie bezieht sich hauptsächlich auf den Prozess der Bildung eines stabilen chemischen (elektrochemischen) Umwandlungsfilms auf der Metalloberfläche durch chemische oder elektrochemische Methoden. Bei städtischen Schienenfahrzeugen beispielsweise handelt es sich bei der Filmschichtbehandlung der Befestigungselemente hauptsächlich um eine Schwarz/Blau-Behandlung und eine Phosphatierungsbehandlung.
1.1, Schwarz und Blau
In einer konzentrierten alkalischen Lösung, die ein Oxidationsmittel enthält, bildet sich nach einer bestimmten Behandlungsdauer bei etwa 140 °C ein chemischer Oxidfilm auf der Oberfläche des Stahlteils (hauptsächlich bestehend aus Fe, O).
Technische Merkmale der Schwärzungs-/Bläuungsbehandlung:
1) Die Filmdicke beträgt 0.5-1.5 μm.
2) Der neutrale Salzsprühtest (NSS) dauert im Allgemeinen nur 2 bis 5 Stunden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Oxidfilmschicht gebrochen und es tritt sogar eine große Menge Rost auf, wie in Abbildung 1 dargestellt.
3) Geringe Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung, kann als hochfeste Schrauben verwendet werden.
4) Als Befestigungselement ist die Konstanz der Drehmoment-Voranzugskraft schlecht.
5) Die Farbe ist heller und der dekorative Effekt ist besser.
6) Niedrige Kosten.
1.2. Phosphatierungsbehandlung
Der Vorgang des Eintauchens von Stahlteilen in eine Lösung, die Mangan, Phosphorsäure, Phosphat und andere Reagenzien enthält, um auf der Metalloberfläche eine wasserunlösliche Schicht aus einem Phosphatumwandlungsfilm zu bilden, wird als Phosphatierungsbehandlung bezeichnet. Technische Eigenschaften der Phosphatierungsbehandlung.
1) Die Folienschicht ist fest mit dem Substrat verbunden (1-50 μm dick).
2) NSS kann 10–20 Stunden, sogar 72 Stunden erreichen.
3) Schlechte mechanische Festigkeit und spröde Qualität.
4) Als Verbindungselement ist die Konstanz von Drehmoment und Vorspannung sehr gut.
5) Die Farbe ist hellgrau und andere dunkle Farben und der dekorative Effekt ist schlecht.
6) Die Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung ist gering und kann daher als hochfeste Schrauben verwendet werden.
7) Die Kosten sind niedriger.
2. Metallbeschichtungstechnologie
Bei der Metallbeschichtungstechnologie handelt es sich hauptsächlich um einen Oberflächenbehandlungsprozess, bei dem mithilfe der Beschichtungstechnologie eine dünne Metallschicht auf der Oberfläche von Metallmaterialien gebildet wird, um Metallmaterialien dekorative oder schützende Eigenschaften zu verleihen. Bei städtischen Schienenfahrzeugen handelt es sich bei der Metallbeschichtungstechnologie der Befestigungselemente hauptsächlich um verzinkte und andere spezielle Metallbeschichtungen (Verchromung, Vernickelung, Cadmiumbeschichtung, Versilberung usw.).
2.1 Verzinkt
Zink und Eisen können sich gegenseitig auflösen und ihr Standardelektrodenpotential beträgt -0,76 V. Für das Stahlsubstrat ist die Zinkbeschichtung eine anodische Beschichtung, die das Stahlsubstrat besser schützen kann. Daher wird die Verzinkungstechnologie häufig bei Verbindungselementen eingesetzt. Es gibt drei häufig verwendete Verzinkungsmethoden: Feuerverzinkung, Elektroverzinkung und mechanische Verzinkung.
2.1.1 Feuerverzinkung
Bei der Feuerverzinkung werden Stahlteile in geschmolzenes flüssiges Zink getaucht, sodass auf der Oberfläche des Werkstücks eine Reihe physikalischer und chemischer Reaktionen ablaufen und so eine verzinkte Metallschicht entsteht. Die Schichtdicke der Feuerverzinkung ist sehr hoch (bis zu 30-60 μm) und die Korrosionsbeständigkeit ist sehr gut. Es wird häufig in Stahlteilen verwendet, die längere Zeit im Freien verwendet werden (z. B. Fernsehtürme, Leitplanken für Autobahnen usw.). Für Verbindungselemente eignet sich die Feuerverzinkung im Allgemeinen für Schrauben ab M6, kann jedoch nicht für hochfeste Verbindungselemente verwendet werden, da die Betriebstemperatur des Feuerverzinkungsprozesses sehr hoch ist (400 °C bis 500 °C). ist leicht zu temperieren und hochfeste Verbindungselemente zu erweichen.
2.1.2 Verzinken
Bei der Elektroverzinkung wird durch Elektrolyse eine gleichmäßige, dichte und gut haftende verzinkte Schicht auf der Oberfläche von Stahlteilen gebildet. Die Dicke der Zinkschicht bei der Elektroverzinkung ist relativ gering (5 bis 30 μm) und ihre Korrosionsbeständigkeit ist die schlechteste bei der Korrosionsschutzbehandlung von verzinktem Stahl. weit verbreitet in Anwendungen. Da die galvanische Verzinkung sehr anfällig für Wasserstoffversprödung ist und es schwierig ist, sie vollständig zu dehydrieren (über 100 °C löst sich die Oberfläche der galvanisch verzinkten Schicht ab oder fällt ab), kann die galvanische Verzinkung nicht für hochfeste Verbindungselemente verwendet werden.
2.1.3 Mechanische Verzinkung
Unter mechanischer Verzinkung versteht man den Oberflächenbehandlungsprozess von Eisen- und Stahlteilen, bei dem ein Schlagmedium unter Einwirkung chemischer Substanzen wie Zinkpulver, Dispergiermittel und Beschleuniger auf die Oberfläche von Stahlteilen einwirkt und so eine verzinkte Schicht bildet. Die Dicke der mechanisch verzinkten Schicht beträgt im Allgemeinen 5-50 μm, die Oberfläche der Beschichtung ist dicht und gleichmäßig, die dekorative Wirkung ist gut und die Korrosionsbeständigkeit ist ausgezeichnet; und die Beschichtung weist keine Mängel der Feuerverzinkung und Elektroverzinkung wie Hochtemperaturanlassen und Wasserstoffversprödung auf. Ein Oberflächenbehandlungsverfahren, das sich besonders für den Korrosionsschutz von Verbindungselementen eignet.
2.2. Andere Metallbeschichtungen
2.2.1 Verchromung
Chrom als Metallbeschichtung zeichnet sich durch starke Haftung, gute Verschleißfestigkeit, hervorragende dekorative Wirkung und hohe Hitzebeständigkeit aus (es kann normalerweise unter 500 °C verwendet werden), daher wird Chrombeschichtung als Metallbeschichtung für Verbindungselemente verwendet. sehr ideal.
Die Verchromung hat vor allem folgende Nachteile:
1) Der Prozess ist kompliziert, Nickel oder Kupfer müssen vor dem Verchromen plattiert werden.
2) Teuer.
3) Die Verchromung ist hart, spröde und fällt leicht ab.
2.2.2 Vernickeln
Als Metallbeschichtung hat Nickel eine gute elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Härte, einen guten dekorativen Effekt und eine gute Hitzebeständigkeit (es kann normalerweise unter 600 °C verwendet werden), daher ist es ideal, die Nickelbeschichtung für Verbindungselemente zu verwenden.
Die Vernickelung hat vor allem folgende Nachteile:
1) Der Prozess ist kompliziert und das Kupfer muss vor dem Verchromen plattiert werden.
2) Die Nickelbeschichtung ist porös und die Korrosion des Substrats wird beschleunigt, wenn die Beschichtung dünn ist.
3) Teuer.
2.2.3 Cadmiumbeschichtung
Als Metallbeschichtung ist Cadmium eine anodische Beschichtung, die eine starke Korrosionsbeständigkeit gegen Salzsäure, eine geringe Wasserstoffversprödung und gute dekorative Effekte aufweist. Es eignet sich besonders für Verbindungselemente, die in Meeresumgebungen verwendet werden (z. B. schnelle Firmware).
Die Cadmiumbeschichtung hat vor allem folgende Nachteile:
① Die Umweltverschmutzung ist hoch und das Gas und die löslichen Cadmiumsalze, die beim Schmelzen von Cadmium entstehen, sind giftig.
②Der Preis ist teuer.
2.2.4 Versilberung
Als Metallbeschichtung verfügt Silber über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, ausgezeichnete Reflexionseigenschaften, gute Schmierfähigkeit und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit (es kann normalerweise unter 870 °C verwendet werden), daher wird die Versilberung häufig in den Bereichen Elektronik, Hochfrequenzkomponenten usw. verwendet. (z. B. leitende Schrauben des Generators, Anschlussklemmen der Fahrzeugbatterie).
Die Versilberung hat vor allem folgende Nachteile:
① Der Prozess ist kompliziert und das Kupfer muss vor der Versilberung plattiert werden.
②Der Preis ist sehr teuer.
2.2.5 Verzinktes Nickel
Die Zink-Nickel-Verbundbeschichtung ist eine neue Art von Legierungsmetallbeschichtung, die auf der Grundlage des Oberflächenbehandlungsprozesses der Verzinkung entwickelt wurde und viele Vorteile bietet.
1) NSS bis zu 500 - 1500Std.
2) Das Elektrodenpotential der Beschichtung liegt zwischen Fe und Zn, was für die Montage von Aluminiumteilen besser geeignet ist.
3) Die Härte der Beschichtung ist hoch und die dekorative Wirkung ist sehr gut.
4) Es gibt nahezu keine Wasserstoffversprödung und kann für hochfeste Verbindungselemente verwendet werden.
5) Gute Hitzebeständigkeit (normalerweise unter 8009 °C einsetzbar).
Der Hauptnachteil der aktuellen Zink-Nickel-Beschichtung ist der höhere Preis (etwa das Sechsfache der Verzinkung), aber ihre hervorragende Gesamtleistung wird von den Menschen immer mehr anerkannt.
3. Beschichtungstechnologie
Unter Beschichtungstechnologie versteht man das Aufbringen spezifischer Beschichtungen auf die Oberfläche von Objekten mit bestimmten Geräten und Methoden, um einen dichten, kontinuierlichen und gleichmäßigen Film auf der Oberfläche zu bilden, der dann durch natürliche oder künstliche Methoden getrocknet und ausgehärtet wird, um schützende oder dekorative Eigenschaften zu erzielen. Eine Oberflächenbehandlungstechnologie für funktionelle Beschichtungen.
Bei Verbindungselementen ist die Zink-Chrom-Beschichtungstechnologie die am weitesten verbreitete Beschichtungstechnologie. Dabei handelt es sich um eine Art Beschichtung, die auf der Oberfläche von Stahlteilen durch Auftragen von Zink-Chrom-Beschichtungen auf Stahlteile und deren Einbrennen in einem vollständig geschlossenen Kreislauf gebildet wird. Schicht, auch Dacromet-Behandlung genannt, die die folgenden hervorragenden Eigenschaften aufweist.
1) NSS kann 500 bis 1000 Stunden erreichen.
2) Gute Durchlässigkeit.
3) Keine Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung.
4) Die Umweltbelastung ist gering.
5) Als Verbindungselement ist die Konstanz von Drehmoment und Vorspannung sehr gut.
6) Der Preis ist moderat (ungefähr doppelt so hoch wie der von verzinktem).
Die Dacromet-Behandlung hat vor allem folgende Nachteile:
1) Schlechte Verschleißfestigkeit (Härte beträgt nur 1 H).
2) Die Farbe ist einfarbig (nur Silberweiß und Silbergrau) und der dekorative Effekt ist schlecht.
3) Schlechte Leitfähigkeit, nicht geeignet für Teile mit leitenden Verbindungen.
4. Ändern Sie die Organisationsform von Stahl
4.1 Veränderungen in der Zusammensetzung (z. B. Edelstahl)
Edelstahl ist die Abkürzung für rostfreien, säurebeständigen Stahl, der eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine gute dekorative Wirkung aufweist und in verschiedenen Bereichen weit verbreitet ist. Es wird allgemein angenommen, dass der Korrosionsbeständigkeitsmechanismus von Edelstahl hauptsächlich wie folgt ist.
1) Wenn der Cr-Gehalt 13 Prozent übersteigt, steigt das Elektrodenpotential des Stahls vom negativen Elektrodenpotential auf das positive Elektrodenpotential, wodurch die Stahlmatrix selbst „inert“ wird;
2) Cr bildet einen dichten Cr-reichen Passivierungsfilm auf der Stahloberfläche und schützt so das Substrat zusätzlich.
3) Edelstahl wird unterteilt in: martensitischer Stahl, ferritischer Stahl, austenitischer Stahl, austenitisch-ferritischer Edelstahl usw., wobei austenitischer Edelstahl die beste Korrosionsbeständigkeit aufweist, wie z. B. Edelstahl A2, A4.
Edelstahl weist hauptsächlich die folgenden Mängel auf: ①Die Streckgrenze ist sehr niedrig (im Allgemeinen nicht mehr als 300 MPa), was für die Verbindung wichtiger Strukturteile nicht geeignet ist.
②Es ist anfällig für Fadenfresser. Beim Anziehen der Edelstahlschrauben kann es leicht zu einer Beschädigung der Gewindeoberfläche kommen. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich spontan eine Oxidschicht, die die Haftung und Verriegelung der Schrauben verstärkt.
③ anfällig für interkristalline Korrosion. C und Cr in rostfreiem Stahl bilden bei einer bestimmten Temperatur Verbindungen, insbesondere in der Nähe der Korngrenze, was zu einem „Cr-armen Bereich“ an der Korngrenze führt, was zu Korngrenzenkorrosion führt.
④ Schlechte Korrosionsbeständigkeit gegenüber CI-Medium (außer Edelstahl A4).
⑤ Der Preis ist höher (etwa viermal so hoch wie der von Dacromet).
4.2 Änderungen im Wärmebehandlungszustand
Eisen- und Stahlmaterialien sind hauptsächlich mehrphasige Strukturen (Sekundärphasen wie Verunreinigungen, Karbide und intermetallische Verbindungen sind normalerweise im Stahl als Kathoden und in der Fe-Matrix als Anoden vorhanden). Zwischen den Phasen in der mehrphasigen Struktur besteht ein Potenzialunterschied, wodurch eine Korrosions-Mikrobatterie entsteht. Die zweite Phase kann eine anodische Passivierungsphase oder eine kathodische Auflösungsphase sein, die beide die Korrosionsbeständigkeit der Matrix beeinflussen.
Wie bei Edelstahl muss beim Schweißen und bei der Wärmebehandlung sehr vorsichtig vorgegangen werden. Nachdem Edelstahl einer Hochtemperatur-Lösungsbehandlung unterzogen wurde, wird er auf 400 °C bis 850 °C erhitzt, wodurch eine große Menge CrsC entsteht. Und Cr, C; Karbid scheidet sich entlang der Korngrenze aus, so dass in der Nähe der Korngrenze ein Cr-armer Bereich entsteht. Das Karbid fungiert als Kathode der Korrosionszelle und der Cr-arme Bereich fungiert als Anode der Korrosionszelle, was zu Korngrenzenkorrosion führt und seine Korrosionsbeständigkeit stark verringert.
