Λεπτομερής εισαγωγή στις επεξεργασίες επιφανειών για μπουλόνια υψηλής αντοχής και αντοχής στη διάβρωση

Η σωστή επιλογή της επιφανειακής επεξεργασίας είναι κρίσιμη για το σχεδιασμό και την επιλογή των συνδετήρων. Διατίθεται μεγάλη ποικιλία διεργασιών επιφανειακής επεξεργασίαςσυνδετήρες. Οι σχεδιαστές θα επιλέγουν οικονομικές και συμβατές λύσεις σύμφωνα με τις συνθήκες λειτουργίας, τις απαιτήσεις αντοχής στη διάβρωση, την απόδοση συναρμολόγησης, το περιβάλλον θερμοκρασίας, τα πρότυπα προστασίας του περιβάλλοντος και τους προϋπολογισμούς κόστους. Οι περισσότεροι εμπορικοί συνδετήρες είναι κατασκευασμένοι από ανθρακούχο χάλυβα ή κράμα χάλυβα, που είναι ευαίσθητοι στη διάβρωση. Ακόμη και οι συνδετήρες που κατασκευάζονται από ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά απαιτούν επιφανειακή επεξεργασία για την απομόνωση των διαβρωτικών μέσων και την καθυστέρηση της οξείδωσης.

Οι επικαλύψεις των συνδετήρων πρέπει να έχουν ισχυρή πρόσφυση, χωρίς ξεφλούδισμα κατά τη συναρμολόγηση και την αποσυναρμολόγηση και κατάλληλο πάχος που δεν παρεμποδίζει την εμπλοκή του νήματος. Επιπλέον, το όριο αντίστασης θερμοκρασίας των περισσότερων επιστρώσεων είναι χαμηλότερο από αυτό του βασικού υλικού χάλυβα. Επομένως, κατά την επιλογή πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η θερμοκρασία λειτουργίας. Πέρα από την εμφάνιση και τις αντιδιαβρωτικές λειτουργίες, η επεξεργασία επιφανειών επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την απόδοση στερέωσης των συνδετήρων, ιδιαίτερα τη συνέπεια της δύναμης ροπής-προφόρτισης. Ο επαγγελματικός σχεδιασμός εξισορροπεί πλήρως την αντοχή στη διάβρωση, την κατασκευαστική ικανότητα συναρμολόγησης, τη λειτουργική σταθερότητα και την περιβαλλοντική συμμόρφωση. Αυτό το άρθρο εισάγει τις κύριες διαδικασίες επεξεργασίας επιφανειών για συνδετήρες υψηλής αντοχής και αντοχής στη διάβρωση.

1. Ηλεκτρογαλβανισμός

Ο ηλεκτρογαλβανισμός είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη επίστρωση για εμπορικούς συνδετήρες. Είναι οικονομικά αποδοτικό με προσεγμένη εμφάνιση και διατίθεται σε πολλαπλά φινιρίσματα, συμπεριλαμβανομένου του λευκού ψευδαργύρου, του κίτρινου ψευδαργύρου, του μαύρου ψευδαργύρου και της ελιάς. Ωστόσο, προσφέρει σχετικά ασθενή αντοχή στη διάβρωση μεταξύ των επικαλύψεων με βάση τον ψευδάργυρο. Η διάρκεια ζωής ουδέτερου ψεκασμού αλατιού (NSS) του συμβατικού ηλεκτρογαλβανισμού είναι εντός 72 ωρών. Με προηγμένους στεγανοποιητικούς παράγοντες, η αντίσταση ψεκασμού αλατιού μπορεί να ξεπεράσει τις 200 ώρες, αλλά το κόστος είναι 5 έως 8 φορές υψηλότερο από το συνηθισμένο γαλβανισμό.

Η διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης προκαλεί εύκολα ευθραυστότητα υδρογόνου. Αντίστοιχα, οι κοχλίες υψηλής αντοχής βαθμού 10.9 και άνω απαγορεύεται γενικά από το συνηθισμένο ηλεκτρογαλβανισμό. Αν και η αφυδρογόνωση ψησίματος είναι εφικτή, το φιλμ παθητικοποίησης θα καταστραφεί πάνω από 60 βαθμούς. Έτσι η αφυδρογόνωση πρέπει να γίνει μετά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και πριν την παθητικοποίηση, με αποτέλεσμα περίπλοκη λειτουργία και υψηλό κόστος. Οι περισσότεροι κατασκευαστές δεν διενεργούν αφυδρογόνωση εκτός εάν απαιτείται ειδικά από τους πελάτες.

Οι ηλεκτρογαλβανισμένοι συνδετήρες παρουσιάζουν κακή και ασταθή συνέπεια ροπής-προφόρτισης, επομένως γενικά δεν χρησιμοποιούνται για κρίσιμες δομικές συνδέσεις. Μπορεί να εφαρμοστεί λιπαντική επίστρωση μετά την επιμετάλλωση για να βελτιωθεί η σταθερότητα της ροπής και η συνοχή της προφόρτισης.

2. Φωσφοροποίηση

Η φωσφοροποίηση είναι φθηνότερη από τον ηλεκτρογαλβανισμό, αλλά παρέχει χαμηλότερη βασική αντίσταση στη διάβρωση. Πρέπει να είναι σφραγισμένο με λάδι για αποτελεσματική προστασία. Το συνηθισμένο αντισκωριακό λάδι παρέχει μόνο 10 έως 20 ώρες αντίστασης NSS, ενώ το υψηλής ποιότητας αντισκωριακό λάδι μπορεί να την επεκτείνει σε 72 έως 96 ώρες με 2 έως 3 φορές το κόστος.

Δύο κύριοι τύποι φωσφοροποίησης εφαρμόζονται στους συνδετήρες: φωσφοροποίηση ψευδαργύρου και φωσφοροποίηση μαγγανίου. Η φωσφοροποίηση ψευδαργύρου προσφέρει εξαιρετική λιπαντικότητα για ακριβή συναρμολόγηση, ενώ η φωσφοροποίηση μαγγανίου παρέχει ανώτερη αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη φθορά με εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από 107 βαθμούς έως 204 βαθμούς (225 βαθμοί F έως 400 βαθμούς F).

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της φωσφοροποίησης είναι η εξαιρετική συνοχή ροπής-προφόρτισης, εξασφαλίζοντας σταθερή και ακριβή προφόρτιση συναρμολόγησης. Χρησιμοποιείται ευρέως σε κρίσιμες βιομηχανικές συνδέσεις όπως συγκροτήματα χαλύβδινων δομών, μπουλόνια μπιέλας κινητήρα, μπουλόνια κυλινδροκεφαλής, συνδετήρες κύριας έδρασης, μπουλόνια σφονδύλου και τροχών. Επιπλέον, η φωσφοροποίηση δεν προκαλεί ευθραυστότητα υδρογόνου, καθιστώντας την την τυπική επεξεργασία επιφάνειας για μπουλόνια υψηλής αντοχής Βαθμού 10.9 και υψηλότερης.

3. Μπλε με οξείδιο (Επίστρωση μαύρου οξειδίου)

Το Bluing plus oil sealing είναι η φθηνότερη επεξεργασία επιφάνειας για βιομηχανικούς συνδετήρες με προσεγμένη εμφάνιση, κατάλληλος για ξηρούς εσωτερικούς χώρους. Η ίδια η μεμβράνη μαύρου οξειδίου δεν έχει σχεδόν καμία αντιδιαβρωτική ικανότητα και βασίζεται πλήρως στην προστασία από λάδι επιφάνειας. Χωρίς λάδι, η επιφάνεια σκουριάζει γρήγορα. Η αντίσταση NSS των μπλε συνδετήρων με λαδόκολλα είναι μόνο 3 έως 5 ώρες.

Οι μπλε συνδετήρες έχουν κακή συνοχή ροπής-προφόρτισης. Το λιπαντικό γράσο που εφαρμόζεται στις επιφάνειες του σπειρώματος πριν από τη συναρμολόγηση μπορεί να βελτιώσει την ποιότητα εμπλοκής και τη σταθερότητα προφόρτισης.

4. Επιμετάλλωση καδμίου

Η επιμετάλλωση με κάδμιο παρέχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, ιδιαίτερα ανώτερη απόδοση ψεκασμού αλατιού σε θαλάσσια περιβάλλοντα σε σύγκριση με τις συμβατικές επεξεργασίες. Ωστόσο, η επεξεργασία των λυμάτων του είναι δύσκολη και επικίνδυνη για το περιβάλλον με εξαιρετικά υψηλό κόστος παραγωγής, περίπου 15 έως 20 φορές μεγαλύτερο από αυτό του ηλεκτρογαλβανισμού. Εγκρίνεται μόνο για ακραίες συνθήκες εξυπηρέτησης, όπως πλατφόρμες γεώτρησης ανοικτής θάλασσας και συνδετήρες αεροδιαστημικής, και σπάνια χρησιμοποιείται σε γενικές βιομηχανίες. Η επιμετάλλωση με κάδμιο προκαλεί επίσης ευθραυστότητα υδρογόνου και δεν είναι κατάλληλη για υπερ-μπουλόνια υψηλής αντοχής.

5. Επιχρωμίωση

Οι επικαλύψεις χρωμίου είναι χημικά σταθερές σε ατμοσφαιρικά περιβάλλοντα με εξαιρετική διατήρηση της γυαλάδας, υψηλή σκληρότητα και ανώτερη αντοχή στη φθορά. Στους συνδετήρες, η επιχρωμίωση χρησιμοποιείται κυρίως για διακοσμητικούς σκοπούς. Σπάνια χρησιμοποιείται για αντιδιαβρωτικές εφαρμογές βαρέως τύπου λόγω του υψηλού κόστους συγκρίσιμου με τον ανοξείδωτο χάλυβα. Εφαρμόζεται μόνο όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις αντοχής.

Η επιχρωμίωση απαιτεί υποστρώματα από χαλκό και νικέλιο για να διασφαλιστεί η πρόσφυση και η αντοχή στη διάβρωση. Η επίστρωση μπορεί να αντέξει υψηλές θερμοκρασίες έως και 650 βαθμούς (1200 βαθμοί F), αλλά η ευθραυστότητα του υδρογόνου παραμένει ένας πιθανός κίνδυνος για μπουλόνια υψηλής αντοχής.

6. Ασημένιο ασήμι 925ο & επινικέλιο

Η ασημένια επένδυση παρέχει τόσο αντοχή στη διάβρωση όσο και στερεά λίπανση. Διατηρεί σταθερή απόδοση σε θερμοκρασίες έως και 870 μοίρες (1600 βαθμοί F) και αποτρέπει αποτελεσματικά την οξείδωση και τη σύλληψη του νήματος σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας. Λόγω περιορισμών κόστους, χρησιμοποιείται κυρίως για παξιμάδια και μικρά μπουλόνια ακριβείας σε εξοπλισμό υψηλής θερμοκρασίας.

Η επινικελίωση χρησιμοποιείται κυρίως για σενάρια που απαιτούν αντίσταση στη διάβρωση και ηλεκτρική αγωγιμότητα, όπως συνδετήρες ακροδεκτών για μπαταρίες οχημάτων.

7. Γαλβανισμός εν θερμώ (HDG)

Ο γαλβανισμός εν θερμώ είναι μια επίστρωση ψευδαργύρου θερμικής διάχυσης υψηλής θερμοκρασίας με πάχος 15 έως 100 μm και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, που χρησιμοποιείται ευρέως για βαρύ μηχανολογικό εξοπλισμό εξωτερικού χώρου. Υποφέρει από κακή ομοιομορφία πάχους και σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση που προκαλείται από υπολείμματα ψευδαργύρου και ατμούς ψευδαργύρου κατά την παραγωγή.

Η παχιά επίστρωση προκαλεί συχνά εμπλοκή του νήματος και δύσκολη εμπλοκή. Οι συνήθεις λύσεις περιλαμβάνουν το χτύπημα εσωτερικών σπειρωμάτων μετά τον γαλβανισμό (που καταστρέφει τη μερική επίστρωση και μειώνει την αντίσταση στη διάβρωση) ή την προμεγέθυνση των οπών σπειρώματος παξιμαδιών κατά 0,16 έως 0,75 mm (για M5–M30) πριν από τον γαλβανισμό (που μειώνει ελαφρώς τη δομική αντοχή). Ο σχεδιασμός αντιχαλαρώματος σπείρωμα Spiralock μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα τοποθετώντας χοντρές επιστρώσεις διατηρώντας παράλληλα την πλήρη αντοχή στη διάβρωση και τη μηχανική αντοχή.

Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας επεξεργασίας που αλλοιώνει τη μεταλλογραφική δομή τουθερμικά επεξεργασμένα μπουλόνια, ο γαλβανισμός εν θερμώ απαγορεύεται για συνδετήρες βαθμού 10,9 και άνω.

8. Διάχυση ψευδαργύρου σε σκόνη

Η διάχυση ψευδάργυρου σε σκόνη είναι μια διαδικασία μεταλλουργικής θερμικής διάχυσης στερεάς κατάστασης που σχηματίζει ομοιόμορφες επικαλύψεις σε πολύπλοκες επιφάνειες όπως νήματα και τυφλές οπές. Το πάχος της επίστρωσης κυμαίνεται από 10 έως 110 μm με το σφάλμα πάχους να ελέγχεται εντός 10%. Μεταξύ όλων των επεξεργασιών με βάση τον ψευδάργυρο, παρέχει την υψηλότερη αντοχή συγκόλλησης και σταθερότητα στη διάβρωση με μηδενική ρύπανση και χωρίς ευθραυστότητα υδρογόνου, ιδανικό για συνδετήρες υψηλής ακρίβειας, υψηλής αντοχής και υψηλής αντοχής στη διάβρωση.

9. Επικάλυψη Dacromet

Το Dacromet (επικάλυψη ψευδαργύρου-χρωμίου) διαθέτει μηδενικό κίνδυνο ευθραυστότητας υδρογόνου και εξαιρετική συνοχή ροπής-προφόρτισης. Παρέχει ανώτερη αντίσταση ψεκασμού αλατιού, σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία και αντοχή στη χημική διάβρωση και αποτρέπει αποτελεσματικά τη γαλβανική διάβρωση και την οξειδωτική ευθραυστότητα που προκαλείται από ανόμοια μεταλλικά επαφή. Εξαιρουμένων των περιβαλλοντικών περιορισμών για εξασθενές χρώμιο, είναι μια από τις καλύτερες επιφανειακές επεξεργασίες για συνδετήρες υψηλής αντοχής που απαιτούν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση.

Οι κοινές ποιότητες Dacromet περιλαμβάνουν 9028, G917 και G980, που διατίθενται σε ασημί και μαύρο φινιρίσματα. Ο βαθμός 9028 είναι μια οικονομική φόρμουλα για συμβατική αντιδιαβρωτική προστασία. Το G917 προσφέρει εξαιρετική χημική αντοχή για πολύπλοκα περιβάλλοντα μέσων. Το G980 παρέχει εξαιρετική αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες για συνεχές σέρβις πάνω από 200 βαθμούς.

Σε συμμόρφωση με τις περιβαλλοντικές οδηγίες ELV, WEEE και RoHS, το Dacromet εφαρμόζεται ευρέως στις βιομηχανίες αυτοκινήτων, οικιακών συσκευών και κατασκευών. Είναι κατάλληλο για εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας και έντονα διαβρωτικά, όπως ασπίδες θερμότητας καυσαερίων αυτοκινήτων, καλοριφέρ, ανταλλακτικά πλαισίου, μετρητές αερίου και ναυτιλιακό εξοπλισμό.