Skrutky, matice, skrutkya iné spojovacie prvky sú náchylné na degradáciu koróziou po-dlhodobom používaní, čo zhoršuje stabilitu a bezpečnosť mechanických spojov. Počas fázy návrhu produktu musia inžinieri starostlivo vybrať materiály, povrchové pokovovanie a ochranné nátery podľa aktuálneho prevádzkového prostredia, aby sa zmiernila korózia, zabránilo sa zhoršeniu výkonu a strate životnosti a zaručila sa celková prevádzková spoľahlivosť mechanického zariadenia. Tento dokument systematicky rozpracúva bežné režimy korózie, vnútorné mechanizmy a ochranné princípy povrchových náterov spojovacích prvkov, poskytuje technickú podporu pre výber materiálu a antikoróznu optimalizáciu spojovacích materiálov.

1. Základná koncepcia korózie

Korózia kovu sa vzťahuje na deštruktívnu degradáciu kovových substrátov spôsobenú chemickými alebo elektrochemickými interakciami s okolitým prostredím a je to jeden z najbežnejších spôsobov zlyhania mechanických spojovacích prvkov.

Čistá chemická korózia nastáva, keď spojovacie prvky priamo prichádzajú do kontaktu s korozívnymi chemickými látkami bez účasti elektrického prúdu. Napríklad vytečený elektrolyt batérie môže priamo erodovať povrchy spojovacích prvkov a poškodiť základné materiály. V skutočnej priemyselnej prevádzke je väčšina koróznych porúch spojovacích prvkov výsledkom nepriamych elektrochemických reakcií, zvyčajne vrátane hrdzavenia ocele a galvanickej korózie.

Šírenie korózie v spojovacích materiáloch pripomína kazy zubov. Vzniká z drobných neviditeľných defektov a rýchlo sa šíri, čím postupne narúša štrukturálnu integritu závitových spojov. Postupná korózia spotrebováva kovové podklady, znižuje mechanickú pevnosť a v konečnom dôsledku vedie k uvoľneniu alebo prasknutiu spojovacích prvkov. Okrem toho môžu galvanické reakcie vyvolať aj korózne poškodenie susedných pripojených komponentov.

Okrem konvenčného útlmu pevnosti môže korózia spustiť dva špeciálne typy porúch. Prvým sú korózne poruchy vyvolané stresom{1}}, ako je vodíkové skrehnutie v dôsledku spojovacieho účinku korózie a ťahového napätia. Druhým je zlyhanie koróznou únavou, kde sa mikrotrhliny vytvorené v korodovaných oblastiach neustále rozširujú pri striedavom zaťažení a nakoniec spôsobujú únavové lomy spojovacích prvkov.

Nesprávny výber materiálu je kľúčovou príčinou chemickej korózie. K chemickej korózii dochádza, keď sú upevňovacie materiály rozpustné v korozívnych médiách. Napríklad obyčajnýskrutky z uhlíkovej ocelepri vystavení kyseline chlorovodíkovej sa rýchlo rozpustí a koroduje. V prípade náročných a predvídateľných korozívnych prostredí sa uprednostňujú zliatiny -odolné voči korózii, ako je nehrdzavejúca oceľ a zliatiny-na báze niklu. Medzitým je možné použiť husté a nepriepustné ochranné nátery, aby zásadne izolovali korozívne médiá a zabránili chemickej korózii.

V priemyselných aplikáciách korózii spojovacích prvkov dominuje elektrochemická korózia poháňaná mikrospontánnymi prúdmi, ktorá sa vyznačuje rýchlejšou rýchlosťou šírenia a širším rozsahom poškodenia. Elektrochemická korózia závisí od štyroch nevyhnutných podmienok: oblasti anódy a katódy, vodivé elektrolytické médiá, rozdiel potenciálov a uzavreté vodivé slučky. Po splnení všetkých podmienok bude prebiehať nepretržitá elektrochemická korózia.

1.1 Mechanizmus korózie uhlíkovej ocele

Hrdza je najtypickejšia a najzákladnejšia forma elektrochemickej korózie pre oceľové materiály. Keď kvapky vody priľnú k oceľovým povrchom, na rozhraní medzi oceľovým substrátom a vodným elektrolytom sa vytvorí potenciálny rozdiel, ktorý generuje mikroelektrické prúdy a spúšťa reakciu hrdzavenia. Oxidačné reakcie prebiehajú v anódových oblastiach, kde sa atómy železa ionizujú a rozpúšťajú v elektrolyte. Zodpovedajúcim spôsobom redukčné reakcie prebiehajú v katódových oblastiach, kde atmosférický kyslík reaguje s vodou za vzniku hydroxidových iónov.

Ióny železa sa spájajú s hydroxidovými iónmi v elektrolyte a vytvárajú usadeniny oxidu železa, konkrétne hrdzu, na povrchoch spojovacích prvkov. Dlhodobé-vystavenie vlhkému prostrediu podporuje cyklickú elektrochemickú reakciu, ktorá vedie k nepretržitej erózii substrátu a postupnému zhoršovaniu kvality korózie.

1.2 Galvanická korózia

Galvanická korózia, tiež definovaná ako nepodobná korózia kovov, je typickým elektrochemickým koróznym režimom. V súlade so všeobecnou elektrochemickou koróziou vyžaduje štyri základné podmienky: anódu, katódu, elektrolyt a potenciálny rozdiel. Uzavretá korózna slučka sa vytvorí, keď sú dva rozdielne kovy s rôznymi elektródovými potenciálmi v priamom kontakte.

Keď sú dva kontaktované rozdielne kovy vystavené elektrolytu, kov s vyšším elektródovým potenciálom pôsobí ako katóda, zatiaľ čo ten s nižším potenciálom slúži ako anóda. V uzavretej slučke sú atómy anodického kovu nepretržite ionizované a spotrebované, čo vedie k postupnému zlyhaniu korózie. Väčší potenciálny rozdiel medzi týmito dvoma kovmi urýchli a prehĺbi galvanickú koróziu.

Tabuľka galvanických sérií je kritickým usmernením pre antikorózny dizajn spojovacích prvkov. Poloha každého kovu v tabuľke predstavuje úroveň jeho elektródového potenciálu. Čím ďalej sú tieto dva kovy v sérii oddelené, tým väčší je ich potenciálny rozdiel a tým vyššie je riziko galvanickej korózie. Napríklad zliatina horčíka a platina ležia na dvoch krajných koncoch série, čo z nich robí nekompatibilnú zostavu. Naproti tomu kovy s podobnými potenciálnymi hodnotami vyvolávajú zanedbateľné elektrochemické reakcie a majú nízke riziko korózie.

Závažnosť galvanickej korózie je určená tromi základnými faktormi:

(1) Potenciálny rozdiel: Rozstup dvoch kovov v galvanickej sérii priamo určuje stupeň korózie. Kombinácia hliníkových dielov a komponentov z nehrdzavejúcej ocele 316 trpí závažnejšou galvanickou koróziou ako zhoda dielov z uhlíkovej ocele a cínu.

(2) Aktivita elektrolytu: Vyššia koncentrácia iónov zlepšuje vodivosť elektrolytu a urýchľuje korózne reakcie. Soľanka obsahuje hojné ióny a slúži ako oveľa aktívnejší elektrolyt ako deionizovaná voda, čo vedie k rýchlejšej galvanickej korózii v soľnom prostredí.

(3) Pomer katódovej-anódovej plochy: Väčšia katódová plocha v porovnaní s anódou výrazne zintenzívňuje anódovú koróziu. Napríklad malé hliníkové upevňovacie prvky namontované na veľkých platniach z nehrdzavejúcej ocele fungujú ako malé anódy a rýchlo korodujú v prostredí elektrolytov. Naopak, maléspojovacie prvky z nehrdzavejúcej ocelezladené s veľkými hliníkovými platňami tvoria malú katódovú oblasť, čím obmedzujú koróziu na kontaktnú hranu a zmierňujú celkové poškodenie.

1.3 Odieraná korózia

Oterová korózia je špeciálny nechemický a ne{1}}elektrochemický spôsob korózie, ktorý sa bežne vyskytuje v podmienkach vysokého-trenia. Relatívne kĺzanie a kontinuálne stláčanie medzi lícovanými povrchmi opotrebováva prirodzené ochranné oxidové filmy spojovacích prvkov. Novo vystavený čerstvý kovový substrát je priamo v kontakte s vonkajším prostredím a podlieha rýchlej korózii.

Spojovacie prvky vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, hliníkovej zliatiny a titánovej zliatiny sú vysoko citlivé na treciu koróziu. Ich dosadacie plochy a spojovacie oblasti závitov úplne závisia od ochranných oxidových filmov pre odolnosť proti korózii. Akonáhle sú vrstvy oxidu opotrebované, substrát bude trpieť nepretržitým a progresívnym koróznym poškodením.

1.4 Korózia štrbiny

Štrbinová korózia je skrytá lokalizovaná elektrochemická korózia. Vyskytuje sa v úzkych kovových medzerách, skoseniach, oblúkových prechodoch a oblastiach náchylných na hromadenie prachu a zadržiavanie vody. Rozdiely v koncentrácii elektrolytu vo vnútri a mimo úzkych medzier spúšťajú lokalizované elektrochemické reakcie a spôsobujú selektívne korózne poškodenie vnútorných kovových substrátov.

Štrbinová korózia je lokalizovaná a ťažko sa zisťuje v počiatočnom štádiu, čo môže viesť k vážnemu štrukturálnemu poškodeniu po-dlhodobom nahromadení. Medzitým bude veľké množstvo atómového vodíka generovaného počas štrbinovej korózie absorbované kovovou matricou, čo ľahko spôsobí vodíkové skrehnutie a zvýši riziko zlomenia spojovacích prvkov.

1.5 Bodová korózia

Jamková korózia je vysoko lokalizovaná forma korózie, ktorá vytvára drobné jamky na kovových povrchoch. Tieto počiatočné mikrodefekty sa postupne prehlbujú a rozširujú do zjavných makroskopických koróznych jamiek s trvalými koróznymi reakciami.

V porovnaní s inými druhmi korózie má bodová korózia obmedzený vplyv na celkovú štrukturálnu integritu a mechanické vlastnosti spojovacích prvkov bez toho, aby spôsobovala rýchle zlyhanie. Jeho základný mechanizmus spočíva v lokálnom nedostatku kyslíka na kovovom povrchu, ktorý vytvára nezávislé anodické oblasti, spúšťa lokalizované elektrochemické reakcie a nakoniec sa vyvinie do hlbokých koróznych jamiek.

2. Ochranné mechanizmy spojovacích prvkov

Na základe vyššie uvedených koróznych mechanizmov je možné prijať cielenú štrukturálnu optimalizáciu a opatrenia na ochranu procesu, aby sa prerušili korózne podmienky a potlačili elektrochemické reakcie. Existujú štyri hlavné antikorózne ochranné mechanizmy pre spojovacie prvky, ktoré možno použiť samostatne alebo v kombinácii, aby sa dosiahol optimálny antikorózny výkon.

2.1 Ochranný mechanizmus bariéry

Bariérová ochrana je najzákladnejšia antikorózna- metóda. Na kovovom povrchu je pokrytý hustý a súvislý ochranný povlak, ktorý izoluje substrát od korozívnych médií a blokuje cesty šírenia korózie. Jeho ochranný účinok úplne závisí od celistvosti náteru. Neporušené nátery poskytujú dlhodobú-stabilnú antikoróznu-ochranu, zatiaľ čo škrabance, odlupovanie alebo opotrebovanie odhaľujú podklad a okamžite spôsobujú koróziu. Typické aplikácie zahŕňajú náterové filmy a iné -kovové ochranné nátery.

2.2 Ochranný mechanizmus obetnej anódy

Ochranný mechanizmus obetnej anódy využíva aktívnejší povrchový povlak, ktorý prednostne koroduje, aby chránil kovový substrát. Tento ochranný účinok trvá len vtedy, keď obetný náter zostane kompletný. Po úplnom spotrebovaní náteru bude podklad odkrytý a skorodovaný. Elektro-galvanizovaný povlak je typickou aplikáciou tohto mechanizmu, kde zinok s vyššou chemickou aktivitou prednostne koroduje, aby chránil podklady z uhlíkovej ocele.

2.3 Ochranný mechanizmus pasivačnej vrstvy

Pasivačná ochrana spočíva na inertných, hustých oxidových filmoch, ktoré sa spontánne vytvárajú na kovových povrchoch. Chemicky stabilná pasivačná vrstva izoluje vonkajšie korozívne médiá a poskytuje dlhodobý-antikorózny-výkon.Spojovacie prvkyvyrobené z nehrdzavejúcej ocele, titánovej zliatiny a hliníkovej zliatiny dosahujú trvanlivú odolnosť proti korózii prostredníctvom svojich prirodzených pasivačných filmov.

2.4 Samoliečiaci ochranný mechanizmus

Samo{0}}ochrana proti korózii je pokročilá a vysoko{1}}spoľahlivá antikorózna-technológia. Mierne poškodenie ochranných náterov alebo pasivačných fólií je možné spontánne opraviť v prirodzenom prostredí, aby sa zachovala nepretržitá ochrana. Aj keď je rozsah jeho použitia obmedzený, poskytuje vynikajúcu antikoróznu-stabilitu. Pasivačný film z austenitickej nehrdzavejúcej ocele má výnimočnú schopnosť samoliečenia,{7}}ktorá sa môže po menšom poškodení rýchlo regenerovať a obnoviť odolnosť proti korózii.

3. Záver

Spojovacie prvky sú vystavené viacerým rizikám korózie vrátane chemickej korózie, elektrochemickej korózie, trecej korózie, štrbinovej korózie a jamkovej korózie, ktoré všetky poškodzujú štrukturálnu integritu a znižujú spoľahlivosť spojenia. Preto musia inžinieri plne vyhodnotiť potenciálne typy korózie a riziká zlyhania podľa prevádzkových podmienok a environmentálnych charakteristík v inžinierskom návrhu a praktickej aplikácii. Rozumný výber materiálu, optimalizované zladenie pokovovania a povlaku a štrukturálne vylepšenie môžu účinne zabrániť alebo oddialiť zlyhanie korózie, čím sa zabezpečí dlhodobá-stabilita závitových spojov a bezpečná prevádzka mechanických zariadení.