מבוא לטכנולוגיות נפוצות נגד קורוזיה- עבור מחברים

מחבריםהם הרכיבים הנפוצים ביותר בציוד מכני המשמש לחיבורים הידוק, כולם משמשים בסביבות ספציפיות. האינטראקציה ארוכת הטווח- בין מחברים לסביבה תמיד תשנה את מצבם וביצועיהם, כלומר קורוזיה מתרחשת, שהיא אחת הצורות העיקריות של כשל במחברים. קורוזיה קלה של מחברים תשפיע על ניתוק ושימוש חוזר של חוטים, בעוד שקורוזיה חמורה תפגע בחוזק החיבור בין הרכיבים, ואף תוביל לכשל פתאומי של חלקי העבודה ולתאונות קטסטרופליות. לכן, מניעת-הקורוזיה של מחברים תמיד הייתה נושא לדאגה רבה.

טכנולוגיות נפוצות נגד-קורוזיה עבור מחברים

הטיפול נגד-קורוזיה של מחברים יוצר בדרך כלל ציפוי או שכבת נגד-קורוזיה על פני השטח של חלק העבודה באמצעות שיטות מסוימות כדי למנוע מהסביבה החיצונית להשפיע על המחברים עצמם ולהשיג את ההשפעה של עמידות בפני קורוזיה. ישנן ארבע טכנולוגיות עיקריות נגד קורוזיה- עבור מחברים: טכנולוגיית טיפול בסרט, טכנולוגיית ציפוי מתכת, טכנולוגיית ציפוי ושינוי המבנה הפנימי של מתכת (כגון נירוסטה).

1. טכנולוגיה לטיפול בסרטים

טכנולוגיית טיפול בסרט מתייחסת בעיקר לתהליך של יצירת סרט המרה כימי (אלקטרוכימי) יציב על פני המתכת באמצעות שיטות כימיות או אלקטרוכימיות. לדוגמה, ברכבי רכבת עירוניים, טיפול השחרה/הכחול וטיפול פוספט נמצאים בשימוש נרחב לטיפול בסרטים של מחברים.

1.1 השחרה והכחול

תהליך הנחת חלקי פלדה בתמיסה אלקלית מרוכזת המכילה חומרים מחמצנים וטיפול בהם בכ-140 מעלות למשך פרק זמן מסוים ליצירת סרט תחמוצת כימי (המורכב בעיקר מ-Fe₃O₄) על פני חלקי הפלדה נקרא טיפול השחרה/הכחול.

מאפיינים טכניים של טיפול השחרה/הכחול:

1) עובי הסרט הוא 0.5-1.5 מיקרומטר.

2) זמן בדיקת ריסוס המלח הנייטרלי (NSS) הוא בדרך כלל רק 2 ~ 5 שעות, אז סרט התחמוצת נשבר, ואפילו חלודה רבה תופיע.

3) רגישות נמוכה לשבירת מימן, ניתן להשתמש עבורברגים- בחוזק גבוה.

4) בתור אטב, העקביות של מומנט-הקדם שלו גרועה.

5) צבע בהיר ואפקט דקורטיבי טוב.

6) עלות נמוכה.

1.2 טיפול בפוספטציה

התהליך של טבילת חלקי פלדה בתמיסה המכילה מנגן, חומצה זרחתית, פוספט וריאגנטים אחרים ליצירת סרט המרת פוספט בלתי מסיס במים-על פני המתכת נקרא טיפול פוספט. המאפיינים הטכניים של טיפול בפוספטינג הם כדלקמן:

1) הסרט משולב בחוזקה עם המצע (עובי 1 ~ 50 מיקרומטר).

2) זמן בדיקת ריסוס המלח הנייטרלי (NSS) יכול להגיע ל-10 ~ 20 שעות, וחלקם יכולים להגיע ל-72 שעות.

3) חוזק מכני ירוד ומרקם שביר.

4) בתור אטב, העקביות-של המומנט שלו טובה.

5) הצבע כהה כמו אפור בהיר, והאפקט הדקורטיבי גרוע.

6) רגישות נמוכה להתפרקות מימן, יכולה לשמש עבור ברגים בעלי חוזק- גבוה.

7) עלות נמוכה.

2. טכנולוגיית ציפוי מתכת

טכנולוגיית ציפוי מתכת היא תהליך טיפול פני השטח היוצר בעיקר שכבת מתכת דקה על פני השטח של חומרי מתכת על ידי שימוש בטכנולוגיית ציפוי כדי להעניק לחומרי מתכת תכונות דקורטיביות או הגנה. ברכבי רכבת עירוניים, טכנולוגיית ציפוי המתכת למחברים היא בעיקר גלוון וכן ציפויי מתכת מיוחדים נוספים (ציפוי כרום, ציפוי ניקל, ציפוי קדמיום, ציפוי כסף ועוד).

2.1 גלוון

אבץ וברזל ניתנים לערבב, ופוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי שלהם הוא -0.76 V. עבור מצע הפלדה, ציפוי האבץ הוא ציפוי אנודי, שיכול להגן טוב יותר על מצע הפלדה. לכן, טכנולוגיית הגלוון נמצאת בשימוש נרחב מאוד במחברים. ישנן שלוש שיטות גלוון נפוצות: גלוון בחום, גלוון אלקטרו וגלוון מכני.

2.1.1 גלוון חם-

גלוון-בחום מתייחס לתהליך של טבילת חלקי פלדה באבץ נוזלי מותך, הגורם לסדרה של תגובות פיזיקליות וכימיות על פני השטח של חלק העבודה ליצירת ציפוי אבץ מתכתי. העובי של ציפוי גלוון טבילה חם- עבה יחסית (עד 30~60 מיקרומטר), ועמידותו בפני קורוזיה מצוינת. הוא נמצא בשימוש נרחב בחלקי פלדה המשמשים בחוץ במשך זמן רב (כגון מגדלי טלוויזיה, מעקות בטיחות לכבישים מהירים וכו'). עבור מחברים, גלוון טבילה חם- ישים בדרך כלל על ברגים של M6 ומעלה, אך לא ניתן להשתמש בו עבור מחברים בעלי חוזק- גבוה. הסיבה העיקרית היא שטמפרטורת הפעולה של תהליך הגלוון החם- גבוהה יחסית (400 מעלות ~ 500 מעלות), מה שקל לגרום לריכוך מזג האוויר של מחברים בעלי חוזק- גבוה ולהפחית את חוזקם.

2.1.2 אלקטרוגלוון

אלקטרוגלוון הוא השימוש בעקרון האלקטרוליזה ליצירת ציפוי אבץ אחיד, צפוף ומלוכד היטב-על פני חלקי הפלדה. עובי שכבת האבץ המגולוון הוא דק יחסית (5~30 מיקרומטר), ועמידותה בפני קורוזיה היא הגרועה ביותר מבין טיפולי הגלוון נגד קורוזיה. עם זאת, התהליך שלו פשוט, העלות נמוכה, ויש לו השפעה מועטה על חיבור החוט, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב במחברים. מכיוון שלגלוון אלקטרו יש רגישות גבוהה להתפרקות מימן וקשה להסיר לחלוטין מימן (השכבה המגולוונת תתקלף או תיפול כשהטמפרטורה היא מעל 100 מעלות), לא ניתן להשתמש באלקטרו עבור מחברים בעלי חוזק- גבוה.

2.1.3 גלוון מכני

גלוון מכני מתייחס לתהליך טיפול פני השטח בו חלקי פלדה יוצרים ציפוי אבץ על ידי פגיעה במשטח חלקי פלדה עם אמצעי השפעה תחת פעולתם של חומרים כימיים כגון אבקת אבץ, חומר מפזר ומאיץ. עובי השכבה המגולוונת המכנית הוא בדרך כלל 5 ~ 50 מיקרומטר. פני השטח של הציפוי צפופים ואחידים, עם אפקט דקורטיבי טוב ועמידות בפני קורוזיה מעולה; יתר על כן, אין לו חסרונות כגון חיסום-בטמפרטורה גבוהה ושבירת מימן הקיימים בגלוון-בחום ובגלוון אלקטרו, לכן זהו תהליך טיפול פני השטח המתאים במיוחד לאנטי-קורוזיה של מחברים.

2.2 ציפויי מתכת אחרים

2.2.1 ציפוי כרום

כציפוי מתכת, לכרום יש מאפיינים של הידבקות חזקה, עמידות בפני שחיקה טובה, אפקט דקורטיבי מעולה ועמידות בחום גבוהה (ניתן להשתמש בו בדרך כלל מתחת ל-500 מעלות). לכן, זה מאוד אידיאלי להשתמש בציפוי כרום כציפוי המתכת של מחברים.

החסרונות העיקריים של ציפוי כרום הם כדלקמן:

1) התהליך מורכב, ויש לציפוי ניקל או נחושת תחילה לפני ציפוי כרום.

2) מחיר גבוה.

3) ציפוי הכרום קשה ושביר, וקל ליפול ממנו.

2.2.2 ציפוי ניקל

כציפוי מתכת, לניקל יש מוליכות חשמלית טובה, קשיות גבוהה, אפקט דקורטיבי טוב ועמידות בחום (ניתן להשתמש בדרך כלל מתחת ל-600 מעלות), כך שזה גם אידיאלי להשתמש בציפוי ניקל עבור מחברים.

החסרונות העיקריים של ציפוי ניקל הם כדלקמן:

1) התהליך מורכב, ויש לציפוי נחושת תחילה לפני ציפוי ניקל (ה"לפני ציפוי כרום" המקורי הוא שגיאת הקלדה).

2) ציפוי הניקל נקבובי, והקורוזיה המטריצה ​​תואץ כאשר הציפוי דק.

3) מחיר גבוה.

2.2.3 ציפוי קדמיום

כציפוי מתכת, קדמיום הוא ציפוי אנודי, בעל מאפיינים של עמידות בפני קורוזיה חומצה הידרוכלורית חזקה, התפרקות מימן נמוכה ואפקט דקורטיבי טוב. הוא מתאים במיוחד למחברים המשמשים בסביבות ימיות (כגון מחברים של מטוסים ימיים ופלטפורמות קידוח נפט).

החסרונות העיקריים של ציפוי קדמיום הם כדלקמן:

① זיהום סביבתי גבוה. הגז שנוצר כאשר קדמיום נמס ומלחי קדמיום מסיסים הם רעילים.

② מחיר גבוה.

2.2.4 ציפוי כסף

כציפוי מתכת, לכסף יש מוליכות חשמלית מעולה, ביצועים רפלקטיביים מצוינים, סיכה טובה ועמידות בחום מעולה (ניתן להשתמש בו בדרך כלל מתחת ל-870 מעלות). לכן, ציפוי כסף נמצא בשימוש נרחב בתחומים כגון אלקטרוניקה והנדסת חשמל, רכיבים בתדר גבוה (כגון ברגים מוליכים של גנרטור, מסופי שקע סוללת רכב).

החסרונות העיקריים של ציפוי כסף הם כדלקמן:

① התהליך מורכב, ויש לציפוי נחושת תחילה לפני ציפוי כסף.

② המחיר יקר מאוד.

2.2.5 אבץ-ציפוי ניקל

ציפוי אבץ-ניקל מורכב הוא סוג חדש של ציפוי מתכת מסגסוגת שפותח על בסיס טכנולוגיית טיפול משטחי ציפוי אבץ, שיש לה יתרונות רבים:

1) זמן בדיקת ריסוס מלח ניטרלי (NSS) יכול להגיע ל-500 ~ 1500 שעות.

2) פוטנציאל האלקטרודה של הציפוי הוא בין Fe ל-Zn, שמתאים יותר להרכבה עם חלקי אלומיניום.

3) קשיות ציפוי גבוהה ואפקט דקורטיבי טוב.

4) כמעט ללא התפרקות מימן, ניתן להשתמש עבורמחברים- בחוזק גבוה.

5) עמידות בחום טובה (ניתן להשתמש בדרך כלל מתחת ל-800 מעלות; "8009C" המקורי הוא שגיאת הקלדה).

החיסרון העיקרי של ציפוי ניקל-אבץ הוא המחיר הגבוה שלו (בערך פי 6 מגלוון רגיל), אך הביצועים המקיפים המצוינים שלו זכו להכרה נרחבת יותר ויותר.

3. טכנולוגיית ציפוי

טכנולוגיית ציפוי היא טכנולוגיית טיפול פני השטח המיישמת ציפויים ספציפיים על פני השטח של חפצים באמצעות ציוד ושיטות מסוימות ליצירת סרט צפוף, רציף ואחיד על פני השטח, ולאחר מכן מייבשת ומרפאה אותו בשיטות טבעיות או מלאכותיות ליצירת ציפוי מגן או דקורטיבי.

במחברים, טכנולוגיית הציפוי הנפוצה ביותר היא טכנולוגיית ציפוי אבץ-כרום, שהיא ציפוי הנוצר על פני השטח של חלקי פלדה על ידי מריחת אבץ-ציפוי כרום על חלקי פלדה ואפייה באמצעות ציפוי מלא במעגל סגור-, הידוע גם כטיפול Dacromet. יש לו את המאפיינים המצוינים הבאים:

1) זמן בדיקת ריסוס מלח ניטרלי (NSS) יכול להגיע ל-500 ~ 1000 שעות.

2) חדירות טובה.

3) אין רגישות להתפרקות מימן.

4) זיהום סביבתי נמוך.

5) בתור אטב, העקביות-של המומנט שלו טובה מאוד.

6) מחיר בינוני (בערך פי 2 מגלוון רגיל).

החסרונות העיקריים של הטיפול בדקרומט הם כדלקמן:

1) עמידות בפני שחיקה ירודה (הקשיות היא רק 1 H).

2) צבע יחיד (רק לבן כסף וכסף אפור), אפקט דקורטיבי גרוע.

3) מוליכות חשמלית ירודה, לא מתאים לחלקים עם חיבורים מוליכים.

4. שינוי מבנה המיקרו של פלדה

4.1 שינוי הרכב (כגון נירוסטה)

פלדת אל-חלד היא הקיצור של פלדה עמידה לחומצה אל-חלד-, בעלת עמידות מצוינת בפני קורוזיה ואפקט דקורטיבי טוב, ונמצאת בשימוש נרחב בתחומים שונים. כיום, נהוג להאמין שמנגנון עמידות בפני קורוזיה של נירוסטה הוא בעיקר כדלקמן:

1) כאשר תכולת Cr עולה על 13%, פוטנציאל האלקטרודה של הפלדה יעלה מפוטנציאל שלילי לפוטנציאל חיובי, מה שהופך את מטריצת הפלדה עצמה ל"אינרטית";

2) Cr יצור סרט פסיבי צפוף -ב-Cr על פני הפלדה כדי להגן עוד יותר על המטריצה;

3) ניתן לחלק את הנירוסטה לפלדה מרטנסיטית, פלדה פריטית, פלדה אוסטניטית, פלדת אל-חלד אוסטניטית-פריטית וכו' בהתאם למבנה המיקרו. ביניהם, נירוסטה אוסטניטית בעלת עמידות בפני קורוזיה הטובה ביותר, כגון נירוסטה מסדרות A2 ו-A4.

לנירוסטה יש בעיקר את החסרונות הבאים:

① חוזק תפוקה נמוך (בדרך כלל לא יותר מ-300 MPa), אינו מתאים לחיבור חלקי מבנה עיקריים;

② נוטה לתפיסת הברגה: כאשר ברגי נירוסטה מהודקים, קל לפגוע במשטח ההברגה, ובזמן זה, תיווצר שכבת תחמוצת באופן ספונטני, אשר תחמיר עוד יותר את היצמדות הבריח והנעילה;

③ נוטה לקורוזיה בין-גרגירית: בטמפרטורה מסוימת, C ו-Cr בנירוסטה יווצרו תרכובות, במיוחד בסמוך לגבולות התבואה, מה שיוביל להופעת "אזורים מדולדלים של Cr-" בגבולות הגרגירים ויגרום לקורוזיה בין-גרגירית;

④ עמידות נמוכה בפני קורוזיה לבינוני Cl⁻ (למעט נירוסטה A4);

⑤ מחיר גבוה (כפי 4 מטיפול בדקרומט).

4.2 שינוי מצב טיפול בחום

חומרי פלדה הם בעיקר מבנים רב-פאזיים (זיהומים, קרבידים, תרכובות בין-מתכתיות ושלבים שניים אחרים קיימים בדרך כלל כקתודות בפלדה, בעוד שמטריצת Fe פועלת כאנודה). קיים הבדל פוטנציאלי בין כל שלב במבנה הרב-פאזי, ויוצר מיקרו-תא קורוזיה. השלב השני עשוי להיות שלב פסיבציה אנודי או שלב פירוק קתודי, שניהם ישפיעו על עמידות הקורוזיה של המטריצה.

אם לוקחים את הנירוסטה כדוגמה, תהליכי הריתוך והטיפול בחום שלה מצריכים זהירות נוספת. לאחר טיפול בתמיסה בטמפרטורה-גבוהה, אם הנירוסטה מחוממת בין 400 מעלות ל-850 מעלות, מספר רב של קרבידים Cr₂₃C₆ ו- Cr₇C₃ יתקע לאורך גבולות התבואה, ויצרו אזור מדולדל של Cr- ליד גבולות התבואה. קרבידים פועלים כקתודה של תא הקורוזיה, והאזור המדולדל של Cr- פועל כאנודה של תא הקורוזיה, ובכך גורם לקורוזיה בין-גרגירית ומוביל לירידה משמעותית בעמידות בפני קורוזיה של נירוסטה.