Детальний вступ до обробки поверхні для високоміцних і стійких до корозії болтів

Правильний вибір обробки поверхні має вирішальне значення при проектуванні та виборі кріплення. Доступний широкий спектр процесів обробки поверхнікріплення. Розробники повинні вибрати економічні та сумісні рішення відповідно до умов експлуатації, вимог до стійкості до корозії, продуктивності збірки, температурного середовища, стандартів захисту навколишнього середовища та бюджету витрат. Більшість комерційних кріплень виготовлено з вуглецевої або легованої сталі, які схильні до корозії. Навіть кріплення, виготовлені з корозійностійких матеріалів, потребують обробки поверхні для ізоляції корозійних середовищ і затримки окислення.

Покриття кріплення повинно мати міцну адгезію, відсутність відшаровування під час збирання та розбирання та відповідну товщину, яка не перешкоджає зачепленню різьби. Крім того, межа термостійкості більшості покриттів нижча, ніж у основного сталевого матеріалу; тому під час вибору слід враховувати робочу температуру. Окрім зовнішнього вигляду та антикорозійних функцій, обробка поверхні значною мірою впливає на продуктивність кріплення кріплень, особливо на постійність сили крутного моменту й попереднього натягу. Професійний дизайн комплексно поєднує стійкість до корозії, технологічність збірки, стабільність роботи та екологічність. У цій статті представлені основні процеси обробки поверхні для високоміцних і стійких до корозії кріплень.

1. Електрогальванізація

Електрогальванічне покриття є найпоширенішим покриттям для комерційних кріплень. Він економічно вигідний, має охайний зовнішній вигляд і доступний у різних варіантах обробки, включаючи білий цинк, жовтий цинк, чорний цинк і сірий оливковий колір. Проте він має відносно низьку стійкість до корозії серед покриттів на основі цинку. Термін служби нейтрального сольового спрею (NSS) звичайного електрогальванічного покриття становить 72 години. З удосконаленими герметизуючими засобами стійкість до сольового бризки може перевищувати 200 годин, але вартість у 5-8 разів вища, ніж звичайне цинкування.

Процес гальванічного покриття легко викликає водневу крихкість. Відповідно, високоміцні болти класу 10.9 і вище, як правило, заборонені для звичайного електрогальванічного покриття. Незважаючи на те, що дегідрування випікання можливо, пасиваційна плівка буде пошкоджена вище 60 градусів. Таким чином, дегідрування необхідно проводити після гальванічного покриття та перед пасивацією, що призводить до складної операції та високої вартості. Більшість виробників не проводять дегідрування, якщо цього не вимагають клієнти.

Електрооцинковані кріпильні вироби демонструють погану та нестабільну узгодженість крутного моменту та попереднього натягу, тому вони зазвичай не використовуються для критичних структурних з’єднань. Змащувальне покриття після покриття може бути застосоване для покращення стабільності крутного моменту та сталості попереднього натягу.

2. Фосфатування

Фосфатування дешевше, ніж електрогальванізація, але забезпечує нижчу базову стійкість до корозії. Для ефективного захисту він повинен бути з масляним ущільненням. Звичайне антикорозійне масло забезпечує лише 10-20 годин стійкості до NSS, тоді як високоякісне антикорозійне масло може подовжити його до 72-96 годин за 2-3-кратну вартість.

Для кріпильних виробів застосовуються два основних типи фосфатування: цинкове та марганцеве. Цинкове фосфатування забезпечує чудову змащувальну здатність для точного складання, тоді як марганцеве фосфатування забезпечує чудову корозійну стійкість і зносостійкість із діапазоном робочих температур від 107 градусів до 204 градусів (від 225 градусів F до 400 градусів F).

Найбільшою перевагою фосфатування є чудова узгодженість крутного моменту й попереднього натягу, що забезпечує стабільне й точне попереднє натягування. Він широко використовується в критичних промислових з’єднаннях, таких як вузли сталевих конструкцій, болти шатунів двигуна, болти головки блоку циліндрів, кріплення корінних підшипників, болти маховика та коліс. Крім того, фосфатування не викликає водневої крихкості, що робить його стандартною обробкою поверхні для високоміцних болтів Grade 10.9 і вище.

3. Оксидне вороніння (чорне оксидне покриття)

Bluing plus oil sealing — це найдешевша обробка поверхні для промислових кріплень із акуратним зовнішнім виглядом, яка підходить для сухого внутрішнього середовища. Чорна оксидна плівка сама по собі майже не має антикорозійної здатності і повністю залежить від масляного захисту поверхні. Без масла поверхня швидко іржавіє. Стійкість до NSS воронених кріплень з масляним ущільненням становить лише 3-5 годин.

Воронені кріплення мають низьку стабільність крутного моменту й попереднього натягу. Мастило, нанесене на поверхні різьби перед складанням, може покращити якість зачеплення та стабільність попереднього натягу.

4. Кадміювання

Покриття кадмієм забезпечує виняткову стійкість до корозії, особливо кращу ефективність соляного туману в морському середовищі порівняно зі звичайними методами обробки. Однак його очищення стічних вод є складним і екологічно небезпечним із надзвичайно високими виробничими витратами, приблизно в 15-20 разів вищими, ніж електрогальванічне покриття. Він використовується лише для екстремальних умов експлуатації, таких як морські бурові платформи та аерокосмічні кріплення, і рідко використовується в загальних галузях промисловості. Покриття кадмієм також викликає водневу крихкість і не підходить для ультра-високоміцні болти.

5. Хромування

Хромові покриття є хімічно стійкими в атмосферних умовах з чудовим збереженням блиску, високою твердістю та чудовою зносостійкістю. На кріпленнях хромування в основному використовується в декоративних цілях. Він рідко використовується для важких антикорозійних застосувань через високу вартість, порівнянну з нержавіючої сталлю. Застосовується лише тоді, коли нержавіюча сталь не відповідає вимогам міцності.

Хромування вимагає підкладки з міді та нікелю для забезпечення адгезії та стійкості до корозії. Покриття може витримувати високі температури до 650 градусів (1200 градусів F), але воднева крихкість залишається потенційним ризиком для високоміцних болтів.

6. Посріблення та нікелювання

Посріблення забезпечує як стійкість до корозії, так і тверде змащення. Він підтримує стабільну продуктивність при температурах до 870 градусів (1600 градусів F) і ефективно запобігає окисленню та заїданню ниток за умов високої температури. Через обмеження вартості він в основному використовується для гайок і малих точних болтів у високотемпературному обладнанні.

Покриття нікелем в основному використовується для сценаріїв, що вимагають як стійкості до корозії, так і електропровідності, наприклад, для кріплення клем для автомобільних акумуляторів.

7. Гаряче цинкування (HDG)

Гаряче цинкування — це високотемпературне термодифузійне цинкове покриття товщиною від 15 до 100 мкм із чудовою стійкістю до корозії, яке широко використовується для важкого зовнішнього інженерного обладнання. Він страждає від поганої однорідності товщини та сильного забруднення навколишнього середовища, спричиненого залишками цинку та парами цинку під час виробництва.

Товсте покриття часто спричиняє заклинювання різьблення та ускладнення зачеплення. Загальні рішення включають нарізання внутрішньої різьби після цинкування (що пошкоджує часткове покриття та знижує стійкість до корозії) або попереднє збільшення отворів для різьблення гайки на 0,16–0,75 мм (для M5–M30) перед цинкуванням (що трохи знижує структурну міцність). Конструкція різьблення Spiralock проти ослаблення може вирішити цю проблему шляхом розміщення товстих покриттів, зберігаючи повну стійкість до корозії та механічну міцність.

Внаслідок високої температури обробки змінюється металографічна структуратермічно оброблені болти, гаряче цинкування заборонено для кріплень класу 10.9 і вище.

8. Дифузія порошкового цинку

Порошкова дифузія цинку – це твердотільний металургійний процес термічної дифузії, який утворює однорідні покриття на складних поверхнях, таких як різьби та глухі отвори. Товщина покриття коливається від 10 до 110 мкм з контрольованою похибкою товщини в межах 10%. Серед усіх обробок на основі цинку він забезпечує найвищу міцність з’єднання та стійкість до корозії з нульовим забрудненням і водневою крихкістю, що ідеально підходить для високоточних, високоміцних і стійких до корозії кріплень.

9. Покриття Dacromet

Dacromet (цинково-хромове покриття) характеризується нульовим ризиком водневої крихкості та відмінною стабільністю крутного моменту й попереднього натягу. Він забезпечує чудову стійкість до сольових туманів, стабільність при високій температурі та стійкість до хімічної корозії, а також ефективно запобігає гальванічній корозії та окислювальній крихкості, спричиненій контактом різнорідних металів. За винятком екологічних обмежень щодо шестивалентного хрому, це одна з найкращих поверхонь обробки для високоміцних кріплень, які вимагають надзвичайної стійкості до корозії.

Поширені сорти Dacromet включають 9028, G917 і G980, доступні в сріблястому та чорному кольорах. Клас 9028 – це економічна формула для традиційного захисту від корозії; G917 забезпечує відмінну хімічну стійкість для складних середовищ; G980 забезпечує виняткову стійкість до високих температур для безперервної роботи вище 200 градусів.

Відповідно до екологічних директив ELV, WEEE та RoHS, Dacromet широко використовується в автомобільній промисловості, побутовій техніці та будівництві. Він підходить для високотемпературних і сильно корозійних компонентів, таких як теплові екрани автомобільних вихлопів, радіатори, частини шасі, газові лічильники та морське обладнання.