Fixadoressão os componentes mais comuns em equipamentos mecânicos utilizados para fixação de conexões, todos utilizados em ambientes específicos. A interação-de longo prazo entre os fixadores e o ambiente sempre mudará seu estado e desempenho, ou seja, ocorre corrosão, que é uma das principais formas de falha dos fixadores. A corrosão leve dos fixadores afetará a destacabilidade e a reutilização das roscas, enquanto a corrosão severa danificará a resistência da conexão entre os componentes e até mesmo levará à falha repentina das peças de trabalho e a acidentes catastróficos. Portanto, a anti-corrosão de fixadores sempre foi um tema de grande preocupação.
Tecnologias anticorrosivas comuns-para fixadores
O tratamento anti-corrosão dos fixadores geralmente forma um revestimento ou camada anti{1}}corrosiva na superfície da peça de trabalho por meio de certos métodos para evitar que o ambiente externo afete os próprios fixadores e obter o efeito de resistência à corrosão. Existem quatro principais tecnologias anti{3}}corrosão comuns para fixadores: tecnologia de tratamento de filme, tecnologia de revestimento de metal, tecnologia de revestimento e alteração da estrutura interna do metal (como aço inoxidável).
1. Tecnologia de tratamento de filme
A tecnologia de tratamento de filme refere-se principalmente ao processo de geração de um filme de conversão química (eletroquímica) estável na superfície do metal usando métodos químicos ou eletroquímicos. Por exemplo, em veículos ferroviários urbanos, o tratamento de escurecimento/azulamento e o tratamento de fosfatação são amplamente utilizados para o tratamento de película de fixadores.
1.1 escurecimento e azulamento
O processo de colocar peças de aço em uma solução alcalina concentrada contendo oxidantes e tratá-las a cerca de 140 graus por um determinado período de tempo para formar um filme de óxido químico (composto principalmente de Fe₃O₄) na superfície das peças de aço é chamado de tratamento de escurecimento/azulamento.
Características técnicas do tratamento de escurecimento/azulamento:
1) A espessura do filme é de 0,5-1,5 μm.
2) O tempo do teste de névoa salina neutra (NSS) é geralmente de apenas 2 a 5 horas, momento em que o filme de óxido se rompeu e até mesmo muita ferrugem aparecerá.
3) Baixa sensibilidade à fragilização por hidrogênio, pode ser usado paraparafusos de alta-resistência.
4) Como fixador, sua consistência de-pré-carga de torque é baixa.
5) Cor brilhante e bom efeito decorativo.
6) Baixo custo.
1.2 Tratamento de Fosfatização
O processo de imersão de peças de aço em uma solução contendo manganês, ácido fosfórico, fosfato e outros reagentes para formar uma película de conversão de fosfato insolúvel em água-na superfície do metal é chamado de tratamento de fosfatização. As características técnicas do tratamento de fosfatização são as seguintes:
1) O filme está firmemente combinado com o substrato (espessura 1 ~ 50 μm).
2) O tempo do teste de névoa salina neutra (NSS) pode chegar a 10 ~ 20 horas, e alguns podem chegar a 72 horas.
3) Fraca resistência mecânica e textura quebradiça.
4) Como fixador, sua consistência de-pré-carga de torque é boa.
5) A cor é escura, como cinza claro, e o efeito decorativo é ruim.
6) Baixa sensibilidade à fragilização por hidrogênio, pode ser usado para parafusos de alta-resistência.
7) Baixo custo.
2. Tecnologia de chapeamento de metal
A tecnologia de galvanização de metal é um processo de tratamento de superfície que forma principalmente uma fina camada de metal na superfície de materiais metálicos, usando tecnologia de galvanização para dotar os materiais metálicos de propriedades decorativas ou protetoras. Nos veículos ferroviários urbanos, a tecnologia de revestimento metálico para fixadores é principalmente a galvanização, bem como outros revestimentos metálicos especiais (cromagem, niquelagem, revestimento de cádmio, revestimento de prata, etc.).
2.1 Galvanização
Zinco e ferro são miscíveis e seu potencial de eletrodo padrão é -0,76 V. Para o substrato de aço, o revestimento de zinco é um revestimento anódico, que pode proteger melhor o substrato de aço. Portanto, a tecnologia de galvanização é amplamente utilizada em fixadores. Existem três métodos comuns de galvanização: galvanização por imersão a quente, eletrogalvanização e galvanização mecânica.
2.1.1 Galvanização-por imersão a quente
A galvanização-por imersão a quente refere-se ao processo de imersão de peças de aço em zinco líquido fundido, causando uma série de reações físicas e químicas na superfície da peça de trabalho para formar um revestimento metálico de zinco. A espessura do revestimento de galvanização por imersão a quente é relativamente espessa (até 30~60 μm) e sua resistência à corrosão é excelente. É amplamente utilizado em peças de aço usadas ao ar livre há muito tempo (como torres de TV, guarda-corpos de rodovias, etc.). Para fixadores, a galvanização-por imersão a quente é geralmente aplicável a parafusos M6 e superiores, mas não pode ser usada para fixadores-de alta resistência. O principal motivo é que a temperatura operacional do processo de galvanização-por imersão a quente é relativamente alta (400 graus ~500 graus), o que é fácil de causar amolecimento por têmpera de fixadores de alta-resistência e reduzir sua resistência.
2.1.2 Eletrogalvanização
A eletrogalvanização é o uso do princípio da eletrólise para formar um revestimento de zinco uniforme, denso e bem{0}}ligado na superfície das peças de aço. A espessura da camada de zinco eletrogalvanizado é relativamente fina (5 ~ 30 μm) e sua resistência à corrosão é a pior entre os tratamentos anticorrosivos de galvanização. Porém, seu processo é simples, o custo é baixo e tem pouco impacto no engate da rosca, por isso é amplamente utilizado em fixadores. Como a eletrogalvanização tem alta sensibilidade à fragilização por hidrogênio e é difícil remover completamente o hidrogênio (a camada eletrogalvanizada irá descascar ou cair quando a temperatura estiver acima de 100 graus), a eletrogalvanização não pode ser usada para fixadores de alta-resistência.
2.1.3 Galvanização Mecânica
A galvanização mecânica refere-se a um processo de tratamento de superfície no qual as peças de aço formam um revestimento de zinco ao impactar a superfície das peças de aço com meios de impacto sob a ação de substâncias químicas como pó de zinco, dispersante e acelerador. A espessura da camada galvanizada mecânica é geralmente de 5 a 50 μm. A superfície do revestimento é densa e uniforme, com bom efeito decorativo e excelente resistência à corrosão; além disso, não apresenta deficiências como revenimento-de alta temperatura e fragilização por hidrogênio existentes na-galvanização por imersão a quente e eletrogalvanização, portanto, é um processo de tratamento de superfície especialmente adequado para a anti-corrosão de fixadores.
2.2 Outras Chapas Metálicas
2.2.1 Cromagem
Como revestimento metálico, o cromo possui características de forte adesão, boa resistência ao desgaste, excelente efeito decorativo e alta resistência ao calor (pode ser usado normalmente abaixo de 500 graus). Portanto, é ideal usar revestimento de cromo como revestimento metálico de fixadores.
As principais desvantagens da cromagem são as seguintes:
1) O processo é complexo e o níquel ou o cobre devem ser revestidos primeiro antes do cromagem.
2) Preço alto.
3) O revestimento de cromo é duro e quebradiço e fácil de cair.
2.2.2 Niquelagem
Como revestimento metálico, o níquel possui boa condutividade elétrica, alta dureza, bom efeito decorativo e resistência ao calor (pode ser usado normalmente abaixo de 600 graus), por isso também é ideal para usar niquelagem para fixadores.
As principais desvantagens do revestimento de níquel são as seguintes:
1) O processo é complexo e o cobre deve ser revestido primeiro antes do niquelado (o original "antes do cromado" é um erro de digitação).
2) O revestimento de níquel é poroso e a corrosão da matriz será acelerada quando o revestimento for fino.
3) Preço alto.
2.2.3 Revestimento de cádmio
Como revestimento metálico, o cádmio é um revestimento anódico, que possui características de forte resistência à corrosão do ácido clorídrico, baixa fragilização por hidrogênio e bom efeito decorativo. É especialmente adequado para fixadores utilizados em ambientes marítimos (como fixadores de aeronaves marítimas e plataformas de perfuração de petróleo).
As principais desvantagens do revestimento de cádmio são as seguintes:
① Alta poluição ambiental. O gás gerado quando o cádmio derrete e os sais solúveis de cádmio são tóxicos.
② Preço alto.
2.2.4 Chapeamento de Prata
Como revestimento metálico, a prata possui excelente condutividade elétrica, excelente desempenho reflexivo, boa lubricidade e excelente resistência ao calor (pode ser usada normalmente abaixo de 870 graus). Portanto, o revestimento de prata é amplamente utilizado em áreas como eletrônica e engenharia elétrica, componentes de alta-frequência (como parafusos condutores de geradores, terminais de saída de baterias de veículos).
As principais desvantagens do chapeamento de prata são as seguintes:
① O processo é complexo e o cobre deve ser revestido primeiro antes do prateado.
② O preço é muito caro.
2.2.5 Zinco-Níquel
O revestimento composto de zinco-níquel é um novo tipo de revestimento de liga metálica desenvolvido com base na tecnologia de tratamento de superfície de zincagem, que tem muitas vantagens:
1) O tempo do teste de névoa salina neutra (NSS) pode chegar a 500 ~ 1500 horas.
2) O potencial do eletrodo do revestimento está entre Fe e Zn, o que é mais adequado para montagem com peças de alumínio.
3) Alta dureza do revestimento e bom efeito decorativo.
4) Quase nenhuma fragilização por hidrogênio, pode ser usada parafixadores-de alta resistência.
5) Boa resistência ao calor (pode ser usado normalmente abaixo de 800 graus; o "8009C" original é um erro de digitação).
A principal desvantagem do revestimento de zinco-níquel é seu alto preço (cerca de 6 vezes o da galvanização comum), mas seu excelente desempenho abrangente tem sido cada vez mais reconhecido.
3. Tecnologia de Revestimento
A tecnologia de revestimento é uma tecnologia de tratamento de superfície que aplica revestimentos específicos à superfície de objetos por meio de determinados equipamentos e métodos para formar uma película densa, contínua e uniforme na superfície e, em seguida, seca e cura por métodos naturais ou artificiais para formar uma proteção ou revestimento decorativo.
Em fixadores, a tecnologia de revestimento mais usada é a tecnologia de revestimento de zinco-cromo, que é um revestimento formado na superfície de peças de aço pela aplicação de revestimento de zinco-cromo em peças de aço e cozimento por meio de um revestimento de ciclo de circuito-fechado completo, também conhecido como tratamento Dacromet. Possui as seguintes excelentes características:
1) O tempo do teste de névoa salina neutra (NSS) pode chegar a 500 ~ 1000 horas.
2) Boa permeabilidade.
3) Sem sensibilidade à fragilização por hidrogênio.
4) Baixa poluição ambiental.
5) Como fixador, sua consistência de-pré-carga de torque é muito boa.
6) Preço moderado (cerca de 2 vezes o da galvanização comum).
As principais desvantagens do tratamento Dacromet são as seguintes:
1) Fraca resistência ao desgaste (dureza de apenas 1 H).
2) Cor única (apenas branco prateado e cinza prateado), efeito decorativo ruim.
3) Má condutividade elétrica, não adequada para peças com conexões condutoras.
4. Mudando a Microestrutura do Aço
4.1 Mudança de composição (como aço inoxidável)
Aço inoxidável é a abreviatura de aço inoxidável-resistente a ácidos, que possui excelente resistência à corrosão e bom efeito decorativo, sendo amplamente utilizado em diversos campos. Atualmente, acredita-se geralmente que o mecanismo de resistência à corrosão do aço inoxidável é principalmente o seguinte:
1) Quando o teor de Cr ultrapassar 13%, o potencial do eletrodo do aço passará de potencial negativo para potencial positivo, tornando a própria matriz do aço "inerte";
2) O Cr formará uma película passiva rica em Cr- na superfície do aço para proteger ainda mais a matriz;
3) O aço inoxidável pode ser dividido em aço martensítico, aço ferrítico, aço austenítico, aço inoxidável austenítico-ferrítico, etc., de acordo com a microestrutura. Dentre eles, o aço inoxidável austenítico apresenta a melhor resistência à corrosão, como o aço inoxidável das séries A2 e A4.
O aço inoxidável apresenta principalmente as seguintes deficiências:
① Baixo limite de escoamento (geralmente não superior a 300 MPa), não adequado para a conexão de peças estruturais importantes;
② Propenso a travamento da rosca: quando os parafusos de aço inoxidável são apertados, é fácil danificar a superfície da rosca e, neste momento, uma camada de óxido será gerada espontaneamente, o que agravará ainda mais a adesão e o travamento do parafuso;
③ Propenso à corrosão intergranular: a uma certa temperatura, C e Cr no aço inoxidável formarão compostos, especialmente perto dos limites dos grãos, o que levará ao aparecimento de "áreas esgotadas de Cr-" nos limites dos grãos e causará corrosão intergranular;
④ Fraca resistência à corrosão em meio Cl⁻ (exceto aço inoxidável A4);
⑤ Preço alto (cerca de 4 vezes o do tratamento Dacromet).
4.2 Mudança do Estado do Tratamento Térmico
Os materiais de aço são principalmente estruturas multifásicas (impurezas, carbonetos, compostos intermetálicos e outras segundas fases geralmente existem como cátodos no aço, enquanto a matriz de Fe atua como um ânodo). Existe uma diferença de potencial entre cada fase da estrutura multifásica, formando uma microcélula de corrosão. A segunda fase pode ser uma fase de passivação anódica ou uma fase de dissolução catódica, ambas as quais afetarão a resistência à corrosão da matriz.
Tomando como exemplo o aço inoxidável, seus processos de soldagem e tratamento térmico necessitam de cuidados redobrados. Após o tratamento com solução-de alta temperatura, se o aço inoxidável for aquecido entre 400 graus e 850 graus, um grande número de carbonetos Cr₂₃C₆ e Cr₇C₃ precipitarão ao longo dos limites dos grãos, formando uma área esgotada de Cr- perto dos limites dos grãos. Os carbonetos atuam como o cátodo da célula de corrosão, e a área esgotada de Cr- atua como o ânodo da célula de corrosão, causando corrosão intergranular e levando a uma diminuição significativa na resistência à corrosão do aço inoxidável.
