Подробное введение в обработку поверхности высокопрочных и коррозионностойких болтов

Правильный выбор обработки поверхности имеет решающее значение при проектировании и выборе крепежа. Доступен широкий спектр процессов обработки поверхности.крепежные детали. Проектировщики должны выбрать экономичные и совместимые решения в соответствии с условиями эксплуатации, требованиями к коррозионной стойкости, производительностью сборки, температурой окружающей среды, стандартами защиты окружающей среды и сметой затрат. Большинство коммерческих крепежных изделий изготовлены из углеродистой или легированной стали, которые подвержены коррозии. Даже крепежные изделия, изготовленные из коррозионностойких материалов, требуют обработки поверхности для изоляции агрессивных сред и замедления окисления.

Покрытия крепежных изделий должны обладать прочной адгезией, не отслаиваться при сборке и разборке, иметь соответствующую толщину, не препятствующую зацеплению резьбы. Кроме того, предел термостойкости большинства покрытий ниже, чем у основного стального материала; поэтому при выборе необходимо учитывать рабочую температуру. Помимо внешнего вида и антикоррозионных функций, обработка поверхности существенно влияет на характеристики крепления крепежных изделий, особенно на постоянство силы предварительного натяга крутящего момента. Профессиональный дизайн комплексно сочетает в себе коррозионную стойкость, технологичность сборки, эксплуатационную стабильность и соответствие экологическим нормам. В этой статье представлены основные процессы обработки поверхности высокопрочных и устойчивых к коррозии крепежных изделий.

1. Электрогальванизация

Электрогальванизация является наиболее широко используемым покрытием для коммерческого крепежа. Он экономически эффективен, имеет аккуратный внешний вид и доступен в нескольких вариантах отделки, включая белый цинк, желтый цинк, черный цинк и оливково-серый. Однако он обеспечивает относительно слабую коррозионную стойкость среди покрытий на основе цинка. Срок службы нейтрального солевого тумана (NSS) при обычном гальваническом цинковании составляет не более 72 часов. При использовании современных герметиков устойчивость к солевому туману может превышать 200 часов, но стоимость в 5–8 раз выше, чем при обычном цинковании.

Процесс гальваники легко вызывает водородное охрупчивание. Соответственно, высокопрочные болты класса 10,9 и выше, как правило, запрещено подвергать обычной электрооцинковке. Хотя дегидрирование запеканием возможно, пассивирующая пленка будет повреждена при температуре выше 60 градусов. Таким образом, дегидрирование необходимо проводить после гальваники и перед пассивацией, что приводит к усложнению операции и высокой стоимости. Большинство производителей не проводят дегидрирование, если этого специально не требуют клиенты.

Гальванизированные крепежные детали имеют плохую и нестабильную стабильность предварительного натяга, поэтому их обычно не используют для критически важных соединений конструкций. После нанесения покрытия можно нанести смазочное покрытие для улучшения стабильности крутящего момента и постоянства предварительной нагрузки.

2. Фосфатирование

Фосфатирование дешевле электрогальванизации, но обеспечивает более низкую базовую коррозионную стойкость. Для обеспечения эффективной защиты он должен быть герметизирован маслом. Обычное антикоррозионное масло обеспечивает устойчивость к NSS только от 10 до 20 часов, в то время как высококачественное антикоррозийное масло может продлить этот срок до 72–96 часов при цене в 2–3 раза дороже.

Для крепежных изделий применяются два основных типа фосфатирования: фосфатирование цинка и фосфатирование марганца. Фосфатирование цинка обеспечивает превосходную смазывающую способность для точной сборки, а фосфатирование марганца обеспечивает превосходную коррозионную стойкость и износостойкость в диапазоне рабочих температур от 107 до 204 градусов (от 225 до 400 градусов F).

Самым большим преимуществом фосфатирования является превосходная стабильность предварительного натяга крутящего момента, обеспечивающая стабильную и точную предварительную нагрузку сборки. Он широко используется в критически важных промышленных соединениях, таких как узлы стальных конструкций, болты шатунов двигателя, болты головки блока цилиндров, крепления коренных подшипников, болты маховика и колес. Кроме того, фосфатирование не вызывает водородного охрупчивания, что делает его стандартной обработкой поверхности высокопрочных болтов класса 10,9 и выше.

3. Оксидное воронение (черное оксидное покрытие)

Воронение плюс масляное уплотнение — это самая дешевая обработка поверхности промышленных крепежных изделий с аккуратным внешним видом, подходящая для сухих помещений. Сама по себе черная оксидная пленка практически не обладает антикоррозионной способностью и полностью зависит от защиты поверхности от масла. Без масла поверхность быстро ржавеет. Устойчивость к NSS вороненых креплений с масляным уплотнением составляет всего от 3 до 5 часов.

Вороненые крепежные детали имеют плохую стабильность преднатяга крутящего момента. Смазка, нанесенная на поверхности резьбы перед сборкой, может улучшить качество зацепления и стабильность предварительного натяга.

4. Кадмиевое покрытие

Кадмиевое покрытие обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, особенно превосходную эффективность в солевом тумане в морской среде по сравнению с традиционными обработками. Однако очистка сточных вод сложна и экологически опасна, поскольку ее производственные затраты чрезвычайно высоки, примерно в 15–20 раз выше, чем при электрогальванизации. Он применяется только для экстремальных условий эксплуатации, таких как морские буровые платформы и крепежные детали для аэрокосмической промышленности, и редко используется в общей промышленности. Кадмиевое покрытие также вызывает водородное охрупчивание и не подходит для ультра-высокопрочные болты.

5. Хромирование

Хромированные покрытия химически стабильны в атмосферных условиях, обладают превосходным сохранением блеска, высокой твердостью и превосходной износостойкостью. На крепеже хромирование чаще всего применяется в декоративных целях. Его редко используют для тяжелых антикоррозийных работ из-за высокой стоимости, сравнимой с нержавеющей сталью. Его применяют только в том случае, если нержавеющая сталь не соответствует требованиям по прочности.

Хромирование требует грунтовки из меди и никеля для обеспечения адгезии и коррозионной стойкости. Покрытие выдерживает высокие температуры до 650 градусов (1200 градусов по Фаренгейту), но водородное охрупчивание остается потенциальным риском для высокопрочных болтов.

6. Серебрение и никелирование.

Серебряное покрытие обеспечивает как устойчивость к коррозии, так и твердую смазку. Он сохраняет стабильную работу при температуре до 870 градусов (1600 градусов F) и эффективно предотвращает окисление и заклинивание резьбы в условиях высоких температур. Из-за ограничений по стоимости он в основном используется для гаек и небольших прецизионных болтов в высокотемпературном оборудовании.

Никелирование в основном используется в тех случаях, когда требуется как стойкость к коррозии, так и электропроводность, например, в зажимах клемм автомобильных аккумуляторов.

7. Горячее цинкование (HDG).

Горячее цинкование представляет собой высокотемпературное термодиффузионное цинковое покрытие толщиной от 15 до 100 мкм и отличной коррозионной стойкостью, широко используемое для тяжелого уличного инженерного оборудования. Он страдает от плохой однородности толщины и сильного загрязнения окружающей среды, вызванного остатками цинка и парами цинка во время производства.

Толстое покрытие часто приводит к заклиниванию резьбы и затруднению зацепления. Распространенные решения включают нарезание внутренней резьбы после цинкования (что повреждает частичное покрытие и снижает коррозионную стойкость) или предварительное увеличение отверстий резьбы гаек на 0,16–0,75 мм (для M5–M30) перед цинкованием (что несколько снижает прочность конструкции). Конструкция резьбы Spiralock, предотвращающая ослабление резьбы, может решить эту проблему за счет нанесения толстого покрытия, сохраняя при этом полную коррозионную стойкость и механическую прочность.

Из-за высокой температуры обработки, изменяющей металлографическую структурутермообработанные болтыгорячее цинкование запрещено для крепежных изделий класса 10,9 и выше.

8. Диффузия порошкового цинка

Диффузия порошкового цинка — это твердотельный металлургический термодиффузионный процесс, в результате которого образуются равномерные покрытия на сложных поверхностях, таких как резьба и глухие отверстия. Толщина покрытия варьируется от 10 до 110 мкм с погрешностью толщины не более 10%. Среди всех обработок на основе цинка он обеспечивает высочайшую прочность соединения и коррозионную стойкость при нулевом загрязнении и отсутствии водородной хрупкости, что идеально подходит для высокоточных, высокопрочных и устойчивых к коррозии крепежных изделий.

9. Покрытие Дакромет

Dacromet (цинково-хромовое покрытие) отличается нулевым риском водородного охрупчивания и превосходной стабильностью предварительного натяга крутящего момента. Он обеспечивает превосходную стойкость к солевому туману, высокотемпературную стабильность и стойкость к химической коррозии, а также эффективно предотвращает гальваническую коррозию и окислительное охрупчивание, вызванное контактом разнородных металлов. За исключением экологических ограничений по использованию шестивалентного хрома, это один из лучших способов обработки поверхности высокопрочных крепежных изделий, требующих чрезвычайной коррозионной стойкости.

Распространенные марки Dacromet включают 9028, G917 и G980, доступные в серебристом и черном цветах. Марка 9028 представляет собой экономичную формулу традиционной защиты от коррозии; G917 обеспечивает превосходную химическую стойкость в сложных средах; G980 обеспечивает выдающуюся устойчивость к высоким температурам для непрерывной работы при температуре выше 200 градусов.

Соответствуя экологическим директивам ELV, WEEE и RoHS, Dacromet широко применяется в автомобильной промышленности, производстве бытовой техники и строительстве. Подходит для высокотемпературных и сильнокоррозионных компонентов, таких как тепловые экраны автомобильных выхлопных газов, радиаторы, детали шасси, газовые счетчики и морское оборудование.