Poldid, mutrid, kruvidja muud kinnitusdetailid on pärast pikaajalist{0}}kasutamist vastuvõtlikud korrosioonile, mis kahjustab mehaaniliste ühenduste stabiilsust ja ohutust. Toote väljatöötamise etapis peavad insenerid valima hoolikalt materjalid, pinnakatted ja kaitsekatted vastavalt tegelikule kasutuskeskkonnale, et leevendada korrosiooni, vältida jõudluse halvenemist ja kasutusea kaotust ning tagada mehaaniliste seadmete üldine töökindlus. Selles artiklis käsitletakse süstemaatiliselt kinnitusdetailide pinnakatete levinumaid korrosioonirežiime, sisemisi mehhanisme ja kaitsepõhimõtteid, pakkudes tehnilist tuge materjalide valikul ja kinnitusdetailide -korrosioonivastases optimeerimises.

1. Korrosiooni põhikontseptsioon

Metalli korrosioon viitab metallsubstraatide hävitavale lagunemisele, mis on põhjustatud keemilisest või elektrokeemilisest koostoimest ümbritseva keskkonnaga, ja see on üks levinumaid mehaaniliste kinnitusdetailide rikkeviise.

Puhas keemiline korrosioon tekib siis, kui kinnitusdetailid puutuvad vahetult kokku söövitavate keemiliste ainetega ilma elektrivoolu osaluseta. Näiteks võib lekkinud aku elektrolüüt otse erodeerida kinnitusdetailide pindu ja kahjustada alusmaterjale. Tegelikus tööstuslikus kasutuses tuleneb enamik kinnitusdetailide korrosioonitõrkeid kaudsetest elektrokeemilistest reaktsioonidest, sealhulgas terase roostetamine ja galvaaniline korrosioon.

Korrosiooni levik kinnitusdetailides meenutab hammaste lagunemist. See pärineb pisikestest nähtamatutest defektidest ja levib kiiresti, kahjustades järk-järgult keermestatud ühenduste struktuurset terviklikkust. Progresseeruv korrosioon kulutab metallist aluspinda, vähendab mehaanilist tugevust ja viib lõpuks kinnitusdetailide lõdvenemiseni või purunemiseni. Lisaks võivad galvaanilised reaktsioonid põhjustada korrosioonikahjustusi külgnevatele ühendatud komponentidele.

Lisaks tavapärasele tugevuse sumbumisele võib korrosioon vallandada kahte eritüüpi rikkeid. Esimene neist on stressist{1}}indutseeritud korrosioonirikked, nagu vesiniku rabestumine korrosiooni ja tõmbepinge ühendamisel. Teine on korrosiooniväsimus, kus korrodeerunud piirkondades tekkivad mikropraod paisuvad pidevalt vahelduva koormuse all ja põhjustavad lõpuks kinnitusdetailide väsimusmurde.

Vale materjalivalik on keemilise korrosiooni peamine põhjus. Keemiline korrosioon toimub siis, kui kinnitusmaterjalid lahustuvad söövitavas keskkonnas. Näiteks tavalinesüsinikterasest poldidlahustub vesinikkloriidhappega kokkupuutel kiiresti ja korrodeerub. Tõsiste ja prognoositavate söövitavate keskkondade puhul eelistatakse korrosioonikindlaid -sulamid, nagu roostevaba teras ja nikli{2}}põhised sulamid. Vahepeal saab kasutada tihedaid ja mitteläbilaskvaid kaitsekatteid, et eraldada põhimõtteliselt söövitav keskkond ja vältida keemilist korrosiooni.

Tööstuslikes rakendustes domineerib kinnitusdetailide korrosioonis elektrokeemiline korrosioon, mida juhivad mikro spontaansed voolud, millel on kiirem levimiskiirus ja laiem kahjustuste ulatus. Elektrokeemiline korrosioon tugineb neljale hädavajalikule tingimusele: anoodi- ja katoodipiirkonnad, juhtivad elektrolüüdid, potentsiaalide erinevus ja suletud juhtivusahelad. Pidev elektrokeemiline korrosioon jätkub, kui kõik tingimused on täidetud.

1.1 Süsinikterase korrosioonimehhanism

Roostetamine on terasmaterjalide elektrokeemilise korrosiooni kõige tüüpilisem ja põhilisem vorm. Kui veepiisad kleepuvad teraspindadele, tekib terassubstraadi ja vesilahuselise elektrolüüdi vahelisel liidesel potentsiaalide erinevus, mis tekitab mikroelektrivoolu ja käivitab roostetamisreaktsiooni. Oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad anoodipiirkondades, kus raua aatomid ioniseeruvad ja lahustuvad elektrolüüdis. Vastavalt sellele toimuvad redutseerimisreaktsioonid katoodipiirkondades, kus õhuhapnik reageerib veega, moodustades hüdroksiidioonid.

Raua ioonid ühinevad elektrolüüdi hüdroksiidioonidega, moodustades kinnitusdetailide pindadele raudoksiidi ladestusi, nimelt roostet. Pikaajaline kokkupuude niiske keskkonnaga säilitab tsüklilise elektrokeemilise reaktsiooni, mille tulemuseks on pidev substraadi erosioon ja korrosiooni progresseeruv halvenemine.

1.2 Galvaaniline korrosioon

Galvaaniline korrosioon, mida määratletakse ka kui erinevat metallikorrosiooni, on tüüpiline elektrokeemiline korrosioonirežiim. Kooskõlas üldise elektrokeemilise korrosiooniga nõuab see nelja olulist tingimust: anood, katood, elektrolüüt ja potentsiaalide erinevus. Suletud korrosiooniahel tekib siis, kui kaks erinevat metalli, millel on erinevad elektroodipotentsiaalid, on otseses kontaktis.

Kui elektrolüüdiga puutuvad kokku kaks erinevat metalli, toimib kõrgema elektroodipotentsiaaliga metall katoodina, madalama potentsiaaliga metall aga anoodina. Suletud ahelas ioniseeritakse ja tarbitakse anoodmetalli aatomeid pidevalt, mis põhjustab progresseeruvat korrosioonitõrke. Suurem potentsiaalide erinevus kahe metalli vahel kiirendab ja süvendab galvaanilist korrosiooni.

Galvaaniseeria tabel on kriitiline juht{0}}kinnitusdetailide korrosioonivastase disaini jaoks. Iga metalli asukoht tabelis tähistab selle elektroodi potentsiaali taset. Mida kaugemal on kaks metalli seerias eraldatud, seda suurem on nende potentsiaalide erinevus ja seda suurem on galvaanilise korrosiooni oht. Näiteks magneesiumsulam ja plaatina asuvad seeria kahes äärmises otsas, muutes need kokkusobimatuks koostekombinatsiooniks. Seevastu sarnaste potentsiaalsete väärtustega metallid tekitavad ebaolulisi elektrokeemilisi reaktsioone ja neil on madal korrosioonirisk.

Galvaanilise korrosiooni raskusaste määratakse kolme põhiteguriga:

(1) Võimalik erinevus: kahe metalli vahekaugus galvaanilises seerias määrab otseselt korrosiooniastme. Alumiiniumist osade ja 316 roostevabast terasest komponendi kombinatsioon kannatab tugevama galvaanilise korrosiooni all kui süsinikterasest ja tinast osade sobitamine.

(2) Elektrolüüdi aktiivsus: kõrgem ioonide kontsentratsioon parandab elektrolüüdi juhtivust ja kiirendab korrosioonireaktsioone. Soolvesi sisaldab ohtralt ioone ja toimib palju aktiivsema elektrolüüdina kui deioniseeritud vesi, mis viib soolakeskkonnas kiirema galvaanilise korrosioonini.

(3) Katoodi -anoodi pindala suhe: anoodi suhtes suurem katoodi pindala võimendab oluliselt anoodilist korrosiooni. Näiteks väikesed alumiiniumist kinnitusdetailid, mis on kokku pandud suurtele roostevabast terasest plaatidele, toimivad pisikeste anoodidena ja korrodeeruvad elektrolüütide keskkonnas kiiresti. Vastupidi, väikeroostevabast terasest kinnitusdetailidkoos suurte alumiiniumplaatidega moodustavad väikese katoodiala, piirates kontaktserva korrosiooni ja leevendades üldist kahju.

1.3 Korrosioon

Murdekorrosioon on spetsiaalne mitte-keemiline ja mitte-elektrokeemiline korrosioonirežiim, mis esineb tavaliselt suure-koormushõõrde tingimustes. Suhteline libisemine ja pidev kokkusurumine liituvate pindade vahel kulutavad kinni kinnitusdetailide looduslikud kaitsvad oksiidkiled. Äsja paljastatud värske metallist aluspind puutub vahetult kokku väliskeskkonnaga ja läbib kiire korrosiooni.

Roostevabast terasest, alumiiniumisulamist ja titaanisulamist valmistatud kinnitusdetailid on väga tundlikud korrosioonile. Nende kandepinnad ja keerme vastasalad sõltuvad täielikult korrosioonikindluse tagamiseks kaitsvatest oksiidkiledest. Kui oksiidikihid on ära kulunud, kannatab aluspind pideva ja progresseeruva korrosioonikahjustuse all.

1.4 Pragude korrosioon

Praokorrosioon on varjatud lokaalne elektrokeemiline korrosioonirežiim. See esineb kitsastes metallivahedes, faasides, kaare üleminekutes ja tolmu kogunemise ja vee kinnipidamise suhtes kalduvatel aladel. Elektrolüüdi kontsentratsiooni erinevused kitsastes vahedes ja väljaspool seda põhjustavad lokaalseid elektrokeemilisi reaktsioone ja põhjustavad selektiivseid korrosioonikahjustusi sisemistele metallalustele.

Lõhekorrosioon on lokaalne ja seda on varajases staadiumis raske tuvastada, mis võib pärast pikaajalist{0}}kuhjumist põhjustada tõsiseid konstruktsioonikahjustusi. Samal ajal neelab metallmaatriksis suur hulk lõhekorrosiooni käigus tekkivat aatomist vesinikku, põhjustades kergesti vesiniku haprumist ja suurendades kinnitusdetailide purunemisohtu.

1.5 Punktkorrosioon

Punkkorrosioon on väga lokaliseeritud korrosioonivorm, mis tekitab metallpindadele pisikesi lohke. Need esialgsed mikrodefektid süvenevad järk-järgult ja laienevad püsivate korrosioonireaktsioonidega ilmseteks makroskoopilisteks korrosioonisüvenditeks.

Võrreldes teiste korrosioonirežiimidega on punktkorrosioonil piiratud mõju üldisele konstruktsiooni terviklikkusele ja kinnitusdetailide mehaanilisele toimivusele, põhjustamata kiiret riket. Selle põhimehhanism seisneb lokaalses hapnikupuuduses metalli pinnal, mis moodustab iseseisvad anoodsed piirkonnad, käivitab lokaliseeritud elektrokeemilised reaktsioonid ja areneb lõpuks sügavateks korrosioonisüvenditeks.

2. Kinnitusdetailide kaitsemehhanismid

Ülaltoodud korrosioonimehhanismide põhjal saab korrosioonitingimuste kõrvaldamiseks ja elektrokeemiliste reaktsioonide mahasurumiseks võtta sihipäraseid struktuuri optimeerimise ja protsessi kaitsemeetmeid. Kinnitusdetailidel on neli põhilist korrosioonivastast -korrosioonikaitsemehhanismi, mida saab rakendada iseseisvalt või kombineeritult, et saavutada optimaalne -korrosioonivastane jõudlus.

2.1 Tõkete kaitse mehhanism

Tõkkekaitse on kõige elementaarsem{0}}korrosioonivastane meetod. Metallpind kaetakse tiheda ja pideva kaitsekattega, et isoleerida aluspind söövitavast keskkonnast ja blokeerida korrosiooni levimise teed. Selle kaitsev toime sõltub täielikult katte terviklikkusest. Terved katted tagavad pikaajalise -stabiilse korrosioonivastase-kaitse, samas kui kriimustused, koorumine või kulumine paljastavad aluspinna ja põhjustavad koheselt korrosiooni. Tüüpilisteks kasutusaladeks on värvikiled ja muud mittemetalsed kaitsekatted{7}.

2.2 Ohverdava anoodi kaitsemehhanism

Ohverdava anoodi kaitsemehhanism võtab kasutusele aktiivsema pinnakatte, mis korrodeerub eelistatavalt, et kaitsta metallist aluspinda. See kaitsev toime kestab ainult siis, kui ohverdatav kate jääb terviklikuks. Kui kate on täielikult ära kasutatud, jääb aluspind paljaks ja korrodeerub. Elektro-tsingitud katmine on selle mehhanismi tüüpiline rakendus, kus suurema keemilise aktiivsusega tsink korrodeerub, et kaitsta süsinikterasest aluspindu.

2.3 Passiveerimiskihi kaitsemehhanism

Passivatsioonikaitse tugineb metallpindadele spontaanselt moodustunud inertsetele tihedatele oksiidkiledele. Keemiliselt stabiilne passiveerimiskiht isoleerib välise söövitava keskkonna ja tagab pikaajalise -korrosioonivastase-toime.Kinnitusvahendidvalmistatud roostevabast terasest, titaanisulamist ja alumiiniumisulamist saavutavad vastupidava korrosioonikindluse tänu oma loomulikele passiveerimiskiledele.

2.4 Enese-tervenemise kaitsemehhanism

Ise{0}}paranev kaitse on täiustatud ja kõrge{1}}usaldusväärsusega-korrosioonivastane tehnoloogia. Kaitsekatete või passiveerimiskilede kergeid kahjustusi saab loomulikus keskkonnas iseeneslikult parandada, et säilitada pidev kaitsevõime. Kuigi selle rakendusala on piiratud, tagab see suurepärase korrosioonivastase -stabiilsuse. Austeniitsest roostevabast terasest passiveerimiskilel on suurepärane iseparanemisvõime,{7}}mis võib pärast väiksemaid kahjustusi kiiresti taastuda ja taastada korrosioonikindluse.

3. Järeldus

Kinnitusdetailid puutuvad kokku mitmete korrosiooniriskidega, sealhulgas keemiline korrosioon, elektrokeemiline korrosioon, korrosioon, lõhekorrosioon ja punktkorrosioon, mis kõik kahjustavad konstruktsiooni terviklikkust ja vähendavad ühenduse töökindlust. Seetõttu peavad insenerid täielikult hindama võimalikke korrosioonitüüpe ja rikkeriske vastavalt kasutustingimustele ja keskkonnaomadustele projekteerimisel ja praktilisel rakendamisel. Mõistlik materjalivalik, optimeeritud plaadistuse ja katte sobitamine ning konstruktsiooni täiustamine võivad korrosioonitõrkeid tõhusalt ära hoida või edasi lükata, tagades keermestatud ühenduste pikaajalise stabiilsuse ja mehaaniliste seadmete ohutu töö.