Chốtlà những thành phần phổ biến nhất trong thiết bị cơ khí được sử dụng để buộc chặt các kết nối, tất cả đều được sử dụng trong các môi trường cụ thể. Sự tương tác lâu dài-giữa dây buộc và môi trường sẽ luôn thay đổi trạng thái và hiệu suất của chúng, tức là xảy ra hiện tượng ăn mòn, đây là một trong những dạng hỏng hóc chính của dây buộc. Sự ăn mòn nhẹ của ốc vít sẽ ảnh hưởng đến khả năng tháo rời và khả năng tái sử dụng của ren, trong khi sự ăn mòn nghiêm trọng sẽ làm hỏng độ bền liên kết giữa các bộ phận, thậm chí dẫn đến hỏng phôi đột ngột và tai nạn thảm khốc. Do đó, việc-chống ăn mòn của ốc vít luôn là chủ đề được nhiều người quan tâm.
Công nghệ chống ăn mòn-phổ biến cho ốc vít
Quá trình xử lý-chống ăn mòn của ốc vít thường tạo thành một lớp phủ hoặc lớp chống-ăn mòn trên bề mặt phôi thông qua một số phương pháp nhất định để ngăn môi trường bên ngoài ảnh hưởng đến chính ốc vít và đạt được hiệu quả chống ăn mòn. Có bốn công nghệ chống-ăn mòn phổ biến chính cho ốc vít: công nghệ xử lý màng, công nghệ mạ kim loại, công nghệ phủ và thay đổi cấu trúc bên trong của kim loại (chẳng hạn như thép không gỉ).
1. Công nghệ xử lý phim
Công nghệ xử lý màng chủ yếu đề cập đến quá trình tạo ra màng chuyển đổi hóa học (điện hóa) ổn định trên bề mặt kim loại bằng phương pháp hóa học hoặc điện hóa. Ví dụ, trong các phương tiện đường sắt đô thị, xử lý làm đen/xanh lam và xử lý phốt phát được sử dụng rộng rãi để xử lý màng của ốc vít.
1.1 Làm đen và xanh lam
Quá trình đặt các bộ phận thép vào dung dịch kiềm đậm đặc có chứa chất oxy hóa và xử lý chúng ở nhiệt độ khoảng 140 độ trong một khoảng thời gian nhất định để tạo thành màng oxit hóa học (chủ yếu bao gồm Fe₃O₄) trên bề mặt các bộ phận thép được gọi là xử lý làm đen/xanh lam.
Đặc tính kỹ thuật của xử lý làm đen/xanh:
1) Độ dày màng là 0,5-1,5 μm.
2) Thời gian thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) thường chỉ từ 2 ~ 5 giờ, lúc đó màng oxit đã bị vỡ và thậm chí sẽ xuất hiện rất nhiều rỉ sét.
3) Độ nhạy giòn hydro thấp, có thể được sử dụng chobu lông có độ bền-cao.
4) Là một dây buộc, độ ổn định tải trước-mô-men xoắn của nó kém.
5) Màu sắc tươi sáng và hiệu ứng trang trí tốt.
6) Chi phí thấp.
1.2 Xử lý phốt phát
Quá trình nhúng các bộ phận thép vào dung dịch chứa mangan, axit photphoric, photphat và các thuốc thử khác để tạo thành màng chuyển hóa photphat-không tan trong nước trên bề mặt kim loại được gọi là xử lý photphat. Các đặc tính kỹ thuật của xử lý phốt phát như sau:
1) Màng được kết hợp chắc chắn với chất nền (độ dày 1 ~ 50 μm).
2) Thời gian thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) có thể đạt 10 ~ 20 giờ và một số có thể đạt tới 72 giờ.
3) Độ bền cơ học kém và kết cấu giòn.
4) Là một dây buộc, khả năng ổn định tải trước-mô-men xoắn của nó là tốt.
5) Màu tối như xám nhạt, hiệu quả trang trí kém.
6) Độ nhạy giòn do hydro thấp, có thể được sử dụng cho bu lông có độ bền-cao.
7) Chi phí thấp.
2. Công nghệ mạ kim loại
Công nghệ mạ kim loại là một quá trình xử lý bề mặt chủ yếu tạo thành một lớp kim loại mỏng trên bề mặt vật liệu kim loại bằng cách sử dụng công nghệ mạ để tạo ra các đặc tính trang trí hoặc bảo vệ cho vật liệu kim loại. Trong các phương tiện đường sắt đô thị, công nghệ mạ kim loại cho ốc vít chủ yếu là mạ kẽm, cũng như các lớp mạ kim loại đặc biệt khác (mạ crom, mạ niken, mạ cadmium, mạ bạc, v.v.).
2.1 Mạ kẽm
Kẽm và sắt có thể trộn được và thế điện cực chuẩn của chúng là -0,76 V. Đối với nền thép, lớp phủ kẽm là lớp phủ anốt, có thể bảo vệ nền thép tốt hơn. Vì vậy, công nghệ mạ kẽm được ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất ốc vít. Có ba phương pháp mạ phổ biến: mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện và mạ cơ khí.
2.1.1 Mạ kẽm nhúng nóng-
Mạ kẽm nhúng nóng-đề cập đến quá trình nhúng các bộ phận thép vào kẽm lỏng nóng chảy, gây ra một loạt phản ứng vật lý và hóa học trên bề mặt phôi để tạo thành lớp phủ kẽm kim loại. Độ dày của lớp phủ mạ kẽm nhúng nóng-tương đối dày (lên đến 30~60 μm) và khả năng chống ăn mòn của nó rất tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận bằng thép được sử dụng ngoài trời trong thời gian dài (chẳng hạn như tháp truyền hình, lan can đường cao tốc, v.v.). Đối với ốc vít, mạ kẽm nhúng nóng-thường áp dụng cho bu lông từ M6 trở lên, nhưng không thể sử dụng cho ốc vít có độ bền cao. Lý do chính là nhiệt độ vận hành của quy trình mạ kẽm nhúng nóng-tương đối cao (400 độ ~ 500 độ), điều này dễ làm mềm các chốt có độ bền-cao và làm giảm độ bền của chúng.
2.1.2 Mạ điện
Mạ điện là việc sử dụng nguyên lý điện phân để tạo thành lớp phủ kẽm đồng nhất, dày đặc và{0}}liên kết tốt trên bề mặt các bộ phận thép. Độ dày của lớp kẽm mạ điện tương đối mỏng (5~30 μm) và khả năng chống ăn mòn của nó kém nhất trong số các phương pháp xử lý chống ăn mòn mạ điện. Tuy nhiên, quy trình của nó đơn giản, chi phí thấp và ít ảnh hưởng đến sự gắn kết của ren nên được sử dụng rộng rãi trong các ốc vít. Vì mạ điện có độ nhạy giòn cao với hydro và khó loại bỏ hoàn toàn hydro (lớp mạ điện sẽ bong tróc hoặc rơi ra khi nhiệt độ trên 100 độ), nên không thể sử dụng mạ điện cho các ốc vít có độ bền cao.
2.1.3 Mạ cơ khí
Mạ kẽm cơ học đề cập đến một quá trình xử lý bề mặt trong đó các bộ phận thép tạo thành lớp phủ kẽm bằng cách tác động lên bề mặt của các bộ phận thép với môi trường tác động dưới tác dụng của các chất hóa học như bột kẽm, chất phân tán và máy gia tốc. Độ dày của lớp mạ kẽm cơ học thường là 5 ~ 50 μm. Bề mặt của lớp phủ dày đặc và đồng đều, có tác dụng trang trí tốt và chống ăn mòn tuyệt vời; hơn nữa, nó không có nhược điểm nào như ủ nhiệt độ-cao và hiện tượng giòn hydro tồn tại trong quá trình mạ kẽm nhúng nóng-và mạ điện, vì vậy đây là quy trình xử lý bề mặt đặc biệt thích hợp để chống-ăn mòn các ốc vít.
2.2 Mạ kim loại khác
2.2.1 Mạ crom
Là lớp phủ kim loại, crom có đặc tính bám dính mạnh, chống mài mòn tốt, hiệu quả trang trí tuyệt vời và khả năng chịu nhiệt cao (có thể sử dụng bình thường dưới 500 độ). Vì vậy, việc sử dụng lớp phủ crom làm lớp phủ kim loại cho ốc vít là rất lý tưởng.
Những nhược điểm chính của mạ crom như sau:
1) Quá trình này phức tạp và phải mạ niken hoặc đồng trước khi mạ crom.
2) Giá cao.
3) Lớp phủ crom cứng và giòn, dễ bong ra.
2.2.2 Mạ Niken
Là lớp phủ kim loại, niken có tính dẫn điện tốt, độ cứng cao, tác dụng trang trí tốt và chịu nhiệt (có thể sử dụng bình thường ở nhiệt độ dưới 600 độ) nên cũng rất lý tưởng khi sử dụng mạ niken cho ốc vít.
Những nhược điểm chính của mạ niken như sau:
1) Quá trình này phức tạp và đồng phải được mạ trước khi mạ niken ("trước khi mạ crom" ban đầu là một lỗi đánh máy).
2) Lớp phủ niken xốp và sự ăn mòn ma trận sẽ được tăng tốc khi lớp phủ mỏng.
3) Giá cao.
2.2.3 Mạ cadimi
Là một lớp phủ kim loại, cadmium là một lớp phủ anốt, có đặc tính chống ăn mòn axit clohydric mạnh, độ giòn hydro thấp và hiệu quả trang trí tốt. Nó đặc biệt thích hợp cho các ốc vít được sử dụng trong môi trường biển (chẳng hạn như ốc vít của máy bay hàng hải và giàn khoan dầu).
Những nhược điểm chính của mạ cadmium như sau:
① Ô nhiễm môi trường cao. Khí sinh ra khi cadimi tan chảy và muối cadimi hòa tan rất độc hại.
② Giá cao.
2.2.4 Mạ bạc
Là một lớp phủ kim loại, bạc có tính dẫn điện tuyệt vời, hiệu suất phản chiếu tuyệt vời, độ bôi trơn tốt và khả năng chịu nhiệt tuyệt vời (có thể sử dụng bình thường dưới 870 độ). Do đó, mạ bạc được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử và kỹ thuật điện, các bộ phận-tần số cao (chẳng hạn như bu lông dẫn điện của máy phát điện, đầu cuối ổ cắm ắc quy của xe).
Những nhược điểm chính của mạ bạc như sau:
① Quá trình này phức tạp, đồng phải được mạ trước khi mạ bạc.
② Giá rất đắt.
2.2.5 Mạ kẽm-Mạ niken
Lớp phủ hỗn hợp kẽm{0}}niken là loại lớp phủ kim loại hợp kim mới được phát triển trên cơ sở công nghệ xử lý bề mặt mạ kẽm, có nhiều ưu điểm:
1) Thời gian thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) có thể đạt 500 ~ 1500 giờ.
2) Thế điện cực của lớp phủ nằm giữa Fe và Zn, phù hợp hơn cho việc lắp ráp các bộ phận bằng nhôm.
3) Độ cứng lớp phủ cao và hiệu quả trang trí tốt.
4) Hầu như không có hiện tượng giòn hydro, có thể được sử dụng choốc vít có độ bền cao.
5) Khả năng chịu nhiệt tốt (có thể sử dụng bình thường dưới 800 độ; "8009C" ban đầu là lỗi đánh máy).
Nhược điểm chính của lớp phủ kẽm{0}}niken là giá cao (gấp khoảng 6 lần so với mạ thông thường), nhưng hiệu suất toàn diện tuyệt vời của nó ngày càng được công nhận rộng rãi.
3. Công nghệ sơn phủ
Công nghệ phủ là công nghệ xử lý bề mặt áp dụng các lớp phủ cụ thể lên bề mặt vật thể thông qua các thiết bị và phương pháp nhất định để tạo thành một lớp màng dày đặc, liên tục và đồng nhất trên bề mặt, sau đó sấy khô và xử lý bằng phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo để tạo thành lớp phủ bảo vệ hoặc trang trí.
Trong ốc vít, công nghệ phủ được sử dụng rộng rãi nhất là công nghệ phủ crom-kẽm, là lớp phủ được hình thành trên bề mặt các bộ phận thép bằng cách phủ lớp phủ crom-kẽm lên các bộ phận thép và nung thông qua lớp phủ-mạch khép kín hoàn toàn, còn được gọi là xử lý Dacromet. Nó có những đặc điểm tuyệt vời sau:
1) Thời gian thử nghiệm phun muối trung tính (NSS) có thể đạt 500 ~ 1000 giờ.
2) Độ thấm tốt.
3) Không có độ nhạy cảm với hydro.
4) Ô nhiễm môi trường thấp.
5) Là một dây buộc, độ ổn định tải trước-mô-men xoắn của nó rất tốt.
6) Giá vừa phải (gấp khoảng 2 lần so với mạ thông thường).
Những nhược điểm chính của điều trị Dacromet như sau:
1) Khả năng chống mài mòn kém (độ cứng chỉ 1 H).
2) Một màu (chỉ có màu trắng bạc và xám bạc), hiệu quả trang trí kém.
3) Độ dẫn điện kém, không phù hợp với các bộ phận có kết nối dẫn điện.
4. Thay đổi vi cấu trúc của thép
4.1 Thay đổi thành phần (như Thép không gỉ)
Thép không gỉ là tên viết tắt của thép không gỉ{0}}chống axit, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và có tác dụng trang trí tốt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, người ta thường tin rằng cơ chế chống ăn mòn của thép không gỉ chủ yếu như sau:
1) Khi hàm lượng Cr vượt quá 13%, thế điện cực của thép sẽ tăng từ thế âm lên thế dương, làm cho bản thân nền thép trở nên “trơ”;
2) Cr sẽ tạo thành một lớp màng thụ động giàu Cr- dày đặc trên bề mặt thép để bảo vệ nền hơn nữa;
3) Thép không gỉ có thể được chia thành thép martensitic, thép ferritic, thép austenit, thép không gỉ ferritic austenit-, v.v. theo cấu trúc vi mô. Trong số đó, thép không gỉ austenit có khả năng chống ăn mòn tốt nhất, chẳng hạn như thép không gỉ dòng A2 và A4.
Thép không gỉ chủ yếu có những thiếu sót sau:
① Cường độ năng suất thấp (thường không quá 300 MPa), không phù hợp để kết nối các bộ phận kết cấu chính;
② Dễ bị kẹt ren: khi siết chặt bu lông inox sẽ dễ làm hỏng bề mặt ren, lúc này sẽ tự phát sinh ra một lớp oxit, điều này sẽ làm trầm trọng thêm độ bám dính và khóa của bu lông;
③ Dễ bị ăn mòn giữa các hạt: ở nhiệt độ nhất định, C và Cr trong thép không gỉ sẽ tạo thành các hợp chất, đặc biệt là ở gần các ranh giới hạt, dẫn đến xuất hiện "các khu vực cạn kiệt Cr{0}}" ở ranh giới hạt và gây ra sự ăn mòn giữa các hạt;
④ Khả năng chống ăn mòn kém đối với môi trường Cl⁻ (trừ thép không gỉ A4);
⑤ Giá cao (gấp khoảng 4 lần so với điều trị Dacromet).
4.2 Thay đổi trạng thái xử lý nhiệt
Vật liệu thép chủ yếu là các cấu trúc nhiều pha (tạp chất, cacbua, hợp chất liên kim loại và các pha thứ hai khác thường tồn tại dưới dạng cực âm trong thép, trong khi ma trận Fe đóng vai trò là cực dương). Có một sự khác biệt tiềm năng giữa mỗi pha trong cấu trúc nhiều pha, tạo thành một tế bào vi mô ăn mòn. Pha thứ hai có thể là pha thụ động anốt hoặc pha hòa tan catốt, cả hai giai đoạn này sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của nền.
Lấy thép không gỉ làm ví dụ, quá trình hàn và xử lý nhiệt của nó cần hết sức thận trọng. Sau khi xử lý bằng dung dịch nhiệt độ-cao, nếu thép không gỉ được nung nóng từ 400 độ đến 850 độ, một lượng lớn cacbua Cr₂₃C₆ và Cr₇C₃ sẽ kết tủa dọc theo ranh giới hạt, tạo thành khu vực cạn kiệt Cr-gần ranh giới hạt. Các cacbua đóng vai trò là cực âm của tế bào ăn mòn và khu vực cạn kiệt Cr{6}}đóng vai trò là cực dương của tế bào ăn mòn, do đó gây ra sự ăn mòn giữa các hạt và dẫn đến khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ giảm đáng kể.
