Parafusos, porcas, parafusose outros fixadores são suscetíveis à degradação por corrosão após serviço-de longo prazo, o que prejudica a estabilidade e a segurança das conexões mecânicas. Durante a fase de projeto do produto, os engenheiros devem selecionar cuidadosamente os materiais, revestimentos de superfície e revestimentos protetores de acordo com os ambientes de serviço reais para mitigar a corrosão, evitar a deterioração do desempenho e a perda de vida útil e garantir a confiabilidade operacional geral dos equipamentos mecânicos. Este artigo elabora sistematicamente os modos de corrosão comuns, mecanismos internos e princípios de proteção de revestimentos de superfície para fixadores, fornecendo suporte técnico para seleção de materiais e otimização anti-corrosão de produtos de fixadores.

1. Conceito Básico de Corrosão

A corrosão metálica refere-se à degradação destrutiva de substratos metálicos causada por interações químicas ou eletroquímicas com o meio ambiente e é um dos modos de falha mais prevalentes em fixadores mecânicos.

A corrosão química pura ocorre quando os fixadores entram em contato direto com substâncias químicas corrosivas sem a participação de corrente elétrica. Por exemplo, o eletrólito da bateria vazado pode corroer diretamente as superfícies dos fixadores e danificar os materiais de base. No serviço industrial real, a maioria das falhas por corrosão dos fixadores resulta de reações eletroquímicas indiretas, normalmente incluindo ferrugem do aço e corrosão galvânica.

A propagação da corrosão nos fixadores assemelha-se à cárie dentária. Origina-se de pequenos defeitos invisíveis e se espalha rapidamente, minando gradualmente a integridade estrutural das juntas roscadas. A corrosão progressiva consome substratos metálicos, reduz a resistência mecânica e, em última análise, leva ao afrouxamento ou fratura dos fixadores. Além disso, as reações galvânicas também podem induzir danos por corrosão nos componentes conectados adjacentes.

Além da atenuação de resistência convencional, a corrosão pode desencadear dois tipos de falhas especiais. A primeira são as falhas de corrosão-induzidas por tensão, como a fragilização por hidrogênio sob o efeito de acoplamento da corrosão e da tensão de tração. A segunda é a falha por fadiga por corrosão, onde microfissuras geradas em regiões corroídas se expandem continuamente sob cargas alternadas e eventualmente causam fratura por fadiga dos fixadores.

A seleção inadequada de materiais é uma das principais causas da corrosão química. A corrosão química ocorre quando os materiais dos fixadores são solúveis em meios corrosivos. Por exemplo, comumparafusos de aço carbonoserá rapidamente dissolvido e corroído quando exposto ao ácido clorídrico. Para ambientes corrosivos severos e previsíveis, ligas-resistentes à corrosão, como aço inoxidável e ligas à base de níquel-são preferidas. Enquanto isso, revestimentos protetores densos e impermeáveis ​​podem ser adotados para isolar fundamentalmente meios corrosivos e evitar corrosão química.

Em aplicações industriais, a corrosão dos fixadores é dominada pela corrosão eletroquímica impulsionada por microcorrentes espontâneas, que apresentam velocidade de propagação mais rápida e faixa de danos mais ampla. A corrosão eletroquímica depende de quatro condições indispensáveis: regiões anódicas e catódicas, meio eletrolítico condutor, diferença de potencial e circuitos condutores fechados. A corrosão eletroquímica contínua prosseguirá quando todas as condições forem satisfeitas.

1.1 Mecanismo de Corrosão do Aço Carbono

A ferrugem é a forma mais típica e fundamental de corrosão eletroquímica em materiais de aço. Quando as gotas de água aderem às superfícies do aço, forma-se uma diferença de potencial na interface entre o substrato do aço e o eletrólito aquoso, gerando microcorrentes elétricas e iniciando a reação de ferrugem. As reações de oxidação ocorrem nas regiões anódicas, onde os átomos de ferro ionizam e se dissolvem no eletrólito. Correspondentemente, as reações de redução ocorrem nas regiões catódicas, onde o oxigênio atmosférico reage com a água para produzir íons hidróxido.

Os íons de ferro combinam-se com os íons hidróxido no eletrólito, formando depósitos de óxido de ferro, nomeadamente ferrugem, nas superfícies dos fixadores. A exposição-de longo prazo a ambientes úmidos sustenta a reação eletroquímica cíclica, resultando na erosão contínua do substrato e na deterioração progressiva da corrosão.

1.2 Corrosão Galvânica

A corrosão galvânica, também definida como corrosão de metais diferentes, é um modo típico de corrosão eletroquímica. Consistente com a corrosão eletroquímica geral, requer quatro condições essenciais: ânodo, cátodo, eletrólito e diferença de potencial. Um circuito fechado de corrosão é formado quando dois metais diferentes com potenciais de eletrodo diferentes estão em contato direto.

Quando dois metais diferentes em contato são expostos ao eletrólito, o metal com maior potencial de eletrodo atua como cátodo, enquanto aquele com menor potencial serve como ânodo. No circuito fechado, os átomos do metal anódico são continuamente ionizados e consumidos, levando à falha progressiva por corrosão. Uma diferença de potencial maior entre os dois metais acelerará e agravará a corrosão galvânica.

A tabela de séries galvânicas é uma diretriz crítica para o projeto anti-corrosão de fixadores. A posição de cada metal na tabela representa o seu nível de potencial de eletrodo. Quanto mais distantes os dois metais estiverem separados na série, maior será a diferença de potencial e maior será o risco de corrosão galvânica. Por exemplo, liga de magnésio e platina estão nas duas extremidades da série, tornando-as uma combinação de montagem incompatível. Em contraste, metais com valores potenciais semelhantes produzem reações eletroquímicas desprezíveis e possuem baixos riscos de corrosão.

A gravidade da corrosão galvânica é determinada por três fatores principais:

(1) Diferença de potencial: O espaçamento de dois metais na série galvânica determina diretamente o grau de corrosão. A combinação de peças de alumínio e componentes de aço inoxidável 316 sofre corrosão galvânica mais severa do que a combinação de peças de aço carbono e estanho.

(2) Atividade eletrolítica: Maior concentração de íons melhora a condutividade do eletrólito e acelera as reações de corrosão. A salmoura contém íons abundantes e serve como um eletrólito muito mais ativo do que a água deionizada, levando a uma corrosão galvânica mais rápida em ambientes salinos.

(3) Proporção da área do cátodo-ânodo: Uma área catódica maior em relação ao ânodo intensifica significativamente a corrosão anódica. Por exemplo, pequenos fixadores de alumínio montados em grandes placas de aço inoxidável atuam como pequenos ânodos e corroem rapidamente em ambientes eletrolíticos. Pelo contrário, pequenosfixadores de aço inoxidávelcombinados com grandes placas de alumínio formam uma pequena área catódica, restringindo a corrosão à borda de contato e aliviando os danos gerais.

1.3 Corrosão por Fretagem

A corrosão por contato é um modo especial de corrosão não-química e não{1}}eletroquímica, que geralmente ocorre sob condições de alta-carga de atrito. O deslizamento relativo e a compressão contínua entre as superfícies de contato desgastam as películas de óxido protetoras nativas dos fixadores. O substrato de metal fresco recém-exposto entra em contato direto com o ambiente externo e sofre rápida corrosão.

Os fixadores feitos de aço inoxidável, liga de alumínio e liga de titânio são altamente sensíveis à corrosão por contato. Suas superfícies de rolamento e áreas de contato com roscas dependem inteiramente de películas protetoras de óxido para resistência à corrosão. Uma vez desgastadas as camadas de óxido, o substrato sofrerá danos contínuos e progressivos por corrosão.

1.4 Corrosão em fendas

A corrosão em frestas é um modo de corrosão eletroquímica localizada e oculta. Ocorre em fendas estreitas de metal, chanfros, transições de arco e áreas propensas ao acúmulo de poeira e retenção de água. As diferenças de concentração do eletrólito dentro e fora das lacunas estreitas desencadeiam reações eletroquímicas localizadas e causam danos seletivos por corrosão aos substratos metálicos internos.

A corrosão em fendas é localizada e difícil de detectar no estágio inicial, o que pode levar a danos estruturais graves após acumulação-de longo prazo. Enquanto isso, um grande número de hidrogênio atômico gerado durante a corrosão em fendas será absorvido pela matriz metálica, induzindo facilmente a fragilização por hidrogênio e aumentando o risco de fratura dos fixadores.

1.5 Corrosão por picada

A corrosão por pite é uma forma de corrosão altamente localizada que gera pequenos poços em superfícies metálicas. Esses microdefeitos iniciais gradualmente se aprofundam e se expandem em poços de corrosão macroscópicos óbvios com reações de corrosão sustentadas.

Em comparação com outros modos de corrosão, a corrosão por pites tem influência limitada na integridade estrutural geral e no desempenho mecânico dos fixadores, sem causar falhas rápidas. Seu mecanismo central reside na deficiência local de oxigênio na superfície do metal, que forma regiões anódicas independentes, desencadeia reações eletroquímicas localizadas e, eventualmente, evolui para poços de corrosão profundos.

2. Mecanismos de Proteção de Fixadores

Com base nos mecanismos de corrosão acima, medidas direcionadas de otimização estrutural e proteção de processos podem ser adotadas para eliminar condições de corrosão e suprimir reações eletroquímicas. Existem quatro mecanismos principais de proteção anti-corrosão para fixadores, que podem ser aplicados de forma independente ou em combinação para alcançar o desempenho anti{2}}corrosão ideal.

2.1 Mecanismo de Proteção de Barreira

A proteção de barreira é o método anti-corrosão mais básico. Um revestimento protetor denso e contínuo é coberto na superfície do metal para isolar o substrato de meios corrosivos e bloquear caminhos de propagação da corrosão. O seu efeito protetor depende inteiramente da integridade do revestimento. Revestimentos intactos fornecem proteção anticorrosiva-estável de longo prazo-, enquanto arranhões, descascamento ou desgaste exporão o substrato e induzirão corrosão imediatamente. As aplicações típicas incluem películas de tinta e outros revestimentos protetores não{7}}metálicos.

2.2 Mecanismo de Proteção do Ânodo Sacrificial

O mecanismo de proteção do ânodo sacrificial adota um revestimento de superfície mais ativo que corrói preferencialmente para proteger o substrato metálico. Este efeito protetor dura apenas quando o revestimento sacrificial permanece completo. Assim que o revestimento for completamente consumido, o substrato ficará exposto e corroído. O revestimento eletro{3}}galvanizado é uma aplicação típica desse mecanismo, onde o zinco com maior atividade química sofre corrosão preferencialmente para proteger substratos de aço carbono.

2.3 Mecanismo de Proteção da Camada de Passivação

A proteção contra passivação depende de filmes de óxido densos e inertes formados espontaneamente em superfícies metálicas. A camada de passivação quimicamente estável isola meios corrosivos externos e fornece desempenho anticorrosivo-de longo prazo.Fixadoresfeitos de aço inoxidável, liga de titânio e liga de alumínio alcançam resistência durável à corrosão através de seus filmes de passivação nativos.

2.4 Mecanismo de proteção-de autocura

A proteção-de autorrecuperação é uma tecnologia anticorrosão-avançada e de alta{1}confiabilidade. Pequenos danos aos revestimentos protetores ou filmes de passivação podem ser reparados espontaneamente em ambientes naturais para manter o desempenho protetor contínuo. Embora seu escopo de aplicação seja limitado, ele oferece excelente estabilidade anti-corrosão. A película de passivação do aço inoxidável austenítico possui excelente capacidade de auto-cura, que pode se regenerar rapidamente após pequenos danos e restaurar a resistência à corrosão.

3. Conclusão

Os fixadores estão expostos a vários riscos de corrosão, incluindo corrosão química, corrosão eletroquímica, corrosão por atrito, corrosão em frestas e corrosão por pite, todos os quais danificam a integridade estrutural e reduzem a confiabilidade da conexão. Portanto, os engenheiros devem avaliar completamente os tipos potenciais de corrosão e os riscos de falha de acordo com as condições de serviço e as características ambientais no projeto de engenharia e na aplicação prática. A seleção razoável de materiais, a combinação otimizada de revestimento e revestimento e a melhoria estrutural podem efetivamente prevenir ou retardar falhas por corrosão, garantindo a estabilidade-de longo prazo das conexões roscadas e a operação segura de equipamentos mecânicos.