Attachessont les composants les plus courants des équipements mécaniques utilisés pour la fixation des connexions, tous utilisés dans des environnements spécifiques. L'interaction à long terme entre les fixations et l'environnement modifiera toujours leur état et leurs performances, c'est-à-dire qu'une corrosion se produit, qui est l'une des principales formes de défaillance des fixations. Une légère corrosion des fixations affectera la possibilité de détachement et de réutilisation des filetages, tandis qu'une corrosion grave endommagera la solidité de la connexion entre les composants et entraînera même une défaillance soudaine des pièces et des accidents catastrophiques. Par conséquent, l’anti-corrosion des fixations a toujours été un sujet de grande préoccupation.
Technologies anti-anticorrosion courantes pour les éléments de fixation
Le traitement anti-corrosion des fixations forme généralement un revêtement ou une couche anti-corrosion sur la surface de la pièce grâce à certaines méthodes pour empêcher l'environnement externe d'affecter les fixations elles-mêmes et obtenir l'effet de résistance à la corrosion. Il existe quatre principales technologies anticorrosion-pour les fixations : la technologie de traitement de film, la technologie de placage métallique, la technologie de revêtement et la modification de la structure interne du métal (comme l'acier inoxydable).
1. Technologie de traitement des films
La technologie de traitement de film fait principalement référence au processus de génération d'un film de conversion chimique (électrochimique) stable sur la surface métallique en utilisant des méthodes chimiques ou électrochimiques. Par exemple, dans les véhicules ferroviaires urbains, le traitement de noircissement/bleuissement et le traitement de phosphatation sont largement utilisés pour le traitement du film des fixations.
1.1 Noircissement et bleuissement
Le processus consistant à placer des pièces en acier dans une solution alcaline concentrée contenant des oxydants et à les traiter à environ 140 degrés pendant une certaine période de temps pour former un film d'oxyde chimique (principalement composé de Fe₃O₄) à la surface des pièces en acier est appelé traitement de noircissement/bleuissement.
Caractéristiques techniques du traitement de noircissement/bleuissement :
1) L'épaisseur du film est de 0,5 à 1,5 μm.
2) La durée du test au brouillard salin neutre (NSS) n'est généralement que de 2 à 5 heures, moment auquel le film d'oxyde s'est brisé et même beaucoup de rouille apparaîtra.
3) Faible sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène, peut être utilisé pourboulons à haute-résistance.
4) En tant que fixation, sa cohérence de couple-précharge est médiocre.
5) Couleur vive et bon effet décoratif.
6) Faible coût.
1.2 Traitement de phosphatation
Le processus consistant à immerger des pièces en acier dans une solution contenant du manganèse, de l'acide phosphorique, du phosphate et d'autres réactifs pour former un film de conversion de phosphate insoluble dans l'eau sur la surface métallique est appelé traitement de phosphatation. Les caractéristiques techniques du traitement de phosphatation sont les suivantes :
1) Le film est fermement combiné au substrat (épaisseur 1 ~ 50 μm).
2) La durée du test au brouillard salin neutre (NSS) peut atteindre 10 à 20 heures, et certaines peuvent atteindre 72 heures.
3) Mauvaise résistance mécanique et texture fragile.
4) En tant que fixation, sa cohérence de couple-précharge est bonne.
5) La couleur est sombre comme le gris clair et l'effet décoratif est médiocre.
6) Faible sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène, peut être utilisé pour les boulons à haute résistance.
7) Faible coût.
2. Technologie de placage métallique
La technologie de placage métallique est un processus de traitement de surface qui forme principalement une fine couche métallique sur la surface des matériaux métalliques en utilisant la technologie de placage pour conférer aux matériaux métalliques des propriétés décoratives ou protectrices. Dans les véhicules ferroviaires urbains, la technologie de placage métallique des fixations est principalement la galvanisation, ainsi que d'autres placages métalliques spéciaux (chromage, nickelage, cadmiage, argenture, etc.).
2.1 Galvanisation
Le zinc et le fer sont miscibles et leur potentiel d'électrode standard est de -0,76 V. Pour le substrat en acier, le revêtement de zinc est un revêtement anodique, qui peut mieux protéger le substrat en acier. Par conséquent, la technologie de galvanisation est très largement utilisée dans les fixations. Il existe trois méthodes de galvanisation courantes : la galvanisation à chaud, l'électrogalvanisation et la galvanisation mécanique.
2.1.1 Galvanisation à chaud-par immersion
La galvanisation à chaud-fait référence au processus d'immersion de pièces en acier dans du zinc liquide en fusion, provoquant une série de réactions physiques et chimiques à la surface de la pièce pour former un revêtement de zinc métallique. L'épaisseur du revêtement de galvanisation à chaud-est relativement épaisse (jusqu'à 30 ~ 60 μm) et sa résistance à la corrosion est excellente. Il est largement utilisé dans les pièces en acier utilisées à l'extérieur depuis longtemps (telles que les tours de télévision, les garde-corps d'autoroute, etc.). Pour les fixations, la galvanisation à chaud-est généralement applicable aux boulons de M6 et plus, mais elle ne peut pas être utilisée pour les fixations à haute résistance-. La raison principale est que la température de fonctionnement du processus de galvanisation à chaud-est relativement élevée (400 degrés ~ 500 degrés), ce qui peut facilement provoquer un ramollissement par trempe des fixations à haute résistance-et réduire leur résistance.
2.1.2 Électrozingage
L'électrogalvanisation consiste à utiliser le principe de l'électrolyse pour former un revêtement de zinc uniforme, dense et bien lié sur la surface des pièces en acier. L'épaisseur de la couche de zinc électrogalvanisée est relativement fine (5 ~ 30 μm) et sa résistance à la corrosion est la pire parmi les traitements anticorrosion de galvanisation -. Cependant, son processus est simple, son coût est faible et il a peu d’impact sur l’engagement du filetage, c’est pourquoi il est largement utilisé dans les fixations. Étant donné que l'électrogalvanisation a une sensibilité élevée à la fragilisation par l'hydrogène et qu'il est difficile d'éliminer complètement l'hydrogène (la couche électrogalvanisée se décolle ou tombe lorsque la température est supérieure à 100 degrés), l'électrogalvanisation ne peut pas être utilisée pour les fixations à haute résistance.
2.1.3 Galvanisation mécanique
La galvanisation mécanique fait référence à un processus de traitement de surface dans lequel les pièces en acier forment un revêtement de zinc en impactant la surface des pièces en acier avec un agent d'impact sous l'action de substances chimiques telles que la poudre de zinc, un dispersant et un accélérateur. L'épaisseur de la couche galvanisée mécanique est généralement de 5 à 50 μm. La surface du revêtement est dense et uniforme, avec un bon effet décoratif et une excellente résistance à la corrosion ; de plus, il ne présente aucun défaut tel que le revenu à haute température-et la fragilisation par l'hydrogène existant dans la galvanisation à chaud-par immersion et l'électrogalvanisation, il s'agit donc d'un processus de traitement de surface particulièrement adapté à l'anti-corrosion des fixations.
2.2 Autres placages métalliques
2.2.1 Chromage
En tant que revêtement métallique, le chrome présente les caractéristiques d'une forte adhérence, d'une bonne résistance à l'usure, d'un excellent effet décoratif et d'une résistance élevée à la chaleur (peut être utilisé normalement en dessous de 500 degrés). Par conséquent, il est idéal d’utiliser un revêtement de chrome comme revêtement métallique des fixations.
Les principaux inconvénients du chromage sont les suivants :
1) Le processus est complexe et le nickel ou le cuivre doivent d’abord être plaqués avant le chromage.
2) Prix élevé.
3) Le revêtement de chrome est dur et cassant et facile à tomber.
2.2.2 Nickelage
En tant que revêtement métallique, le nickel a une bonne conductivité électrique, une dureté élevée, un bon effet décoratif et une bonne résistance à la chaleur (peut être utilisé normalement en dessous de 600 degrés), il est donc également idéal d'utiliser le nickelage pour les fixations.
Les principaux inconvénients du nickelage sont les suivants :
1) Le processus est complexe et le cuivre doit d'abord être plaqué avant le nickelage (l'original "avant le chromage" est une faute de frappe).
2) Le revêtement de nickel est poreux et la corrosion de la matrice sera accélérée lorsque le revêtement est mince.
3) Prix élevé.
2.2.3 Cadmiage
En tant que revêtement métallique, le cadmium est un revêtement anodique qui présente les caractéristiques d'une forte résistance à la corrosion par l'acide chlorhydrique, d'une faible fragilisation par l'hydrogène et d'un bon effet décoratif. Il est particulièrement adapté aux fixations utilisées dans les environnements marins (telles que les fixations des avions marins et des plates-formes de forage pétrolier).
Les principaux inconvénients du cadmiage sont les suivants :
① Pollution environnementale élevée. Le gaz généré lors de la fonte du cadmium et les sels de cadmium solubles sont toxiques.
② Prix élevé.
2.2.4 Placage d'argent
En tant que revêtement métallique, l'argent a une excellente conductivité électrique, d'excellentes performances réfléchissantes, un bon pouvoir lubrifiant et une excellente résistance à la chaleur (peut être utilisé normalement en dessous de 870 degrés). Par conséquent, l'argenture est largement utilisée dans des domaines tels que l'électronique et l'électrotechnique, les composants haute fréquence - (tels que les boulons conducteurs de générateur, les bornes de sortie de batterie de véhicule).
Les principaux inconvénients de l’argenture sont les suivants :
① Le processus est complexe et le cuivre doit d'abord être plaqué avant le placage d'argent.
② Le prix est très cher.
2.2.5 Zinc-Placage de nickel
Le revêtement composite zinc-nickel est un nouveau type de revêtement métallique en alliage développé sur la base de la technologie de traitement de surface par zingage, qui présente de nombreux avantages :
1) La durée du test au brouillard salin neutre (NSS) peut atteindre 500 à 1 500 heures.
2) Le potentiel d'électrode du revêtement se situe entre Fe et Zn, ce qui est plus adapté à l'assemblage de pièces en aluminium.
3) Dureté élevée du revêtement et bon effet décoratif.
4) Presque aucune fragilisation par l'hydrogène, peut être utilisé pourfixations à haute-fixations.
5) Bonne résistance à la chaleur (peut être utilisé normalement en dessous de 800 degrés ; le « 8009C » original est une faute de frappe).
Le principal inconvénient du revêtement zinc-nickel est son prix élevé (environ 6 fois celui d'une galvanisation ordinaire), mais ses excellentes performances globales sont de plus en plus largement reconnues.
3. Technologie de revêtement
La technologie de revêtement est une technologie de traitement de surface qui applique des revêtements spécifiques à la surface des objets au moyen de certains équipements et méthodes pour former un film dense, continu et uniforme sur la surface, puis le sèche et le durcit par des méthodes naturelles ou artificielles pour former un revêtement protecteur ou décoratif.
Dans les fixations, la technologie de revêtement la plus largement utilisée est la technologie de revêtement de zinc-chrome, qui est un revêtement formé sur la surface des pièces en acier en appliquant un revêtement de zinc-chrome sur les pièces en acier et en les cuisant selon un cycle de revêtement-en circuit fermé complet, également connu sous le nom de traitement Dacromet. Il présente les excellentes caractéristiques suivantes :
1) La durée du test au brouillard salin neutre (NSS) peut atteindre 500 à 1 000 heures.
2) Bonne perméabilité.
3) Aucune sensibilité à la fragilisation par l’hydrogène.
4) Faible pollution de l'environnement.
5) En tant que fixation, sa cohérence de couple-précharge est très bonne.
6) Prix modéré (environ 2 fois celui de la galvanisation ordinaire).
Les principaux inconvénients du traitement Dacromet sont les suivants :
1) Mauvaise résistance à l’usure (la dureté n’est que de 1 H).
2) Couleur unique (uniquement blanc argenté et gris argenté), mauvais effet décoratif.
3) Mauvaise conductivité électrique, ne convient pas aux pièces avec connexions conductrices.
4. Changer la microstructure de l'acier
4.1 Changement de composition (comme l'acier inoxydable)
L'acier inoxydable est l'abréviation d'acier inoxydable résistant aux acides-, qui présente une excellente résistance à la corrosion et un bon effet décoratif, et est largement utilisé dans divers domaines. À l’heure actuelle, on pense généralement que le mécanisme de résistance à la corrosion de l’acier inoxydable est principalement le suivant :
1) Lorsque la teneur en Cr dépasse 13 %, le potentiel d'électrode de l'acier passera du potentiel négatif au potentiel positif, rendant la matrice d'acier elle-même « inerte » ;
2) Le Cr formera un film passif dense riche en Cr- sur la surface de l'acier pour protéger davantage la matrice ;
3) L'acier inoxydable peut être divisé en acier martensitique, acier ferritique, acier austénitique, acier inoxydable austénitique-ferritique, etc. selon la microstructure. Parmi eux, l'acier inoxydable austénitique présente la meilleure résistance à la corrosion, comme l'acier inoxydable des séries A2 et A4.
L'acier inoxydable présente principalement les défauts suivants :
① Faible limite d'élasticité (généralement pas supérieure à 300 MPa), ne convient pas à la connexion de pièces structurelles majeures ;
② Sujet au grippage du filetage : lorsque les boulons en acier inoxydable sont serrés, il est facile d'endommager la surface du filetage, et à ce moment, une couche d'oxyde sera spontanément générée, ce qui aggravera encore l'adhérence et le verrouillage des boulons ;
③ Sujet à la corrosion intergranulaire : à une certaine température, le C et le Cr dans l'acier inoxydable formeront des composés, notamment près des joints de grains, ce qui conduira à l'apparition de « zones appauvries en Cr- » aux joints de grains et provoquera une corrosion intergranulaire ;
④ Mauvaise résistance à la corrosion du milieu Cl⁻ (sauf acier inoxydable A4) ;
⑤ Prix élevé (environ 4 fois celui du traitement Dacromet).
4.2 Changement d'état du traitement thermique
Les matériaux en acier sont principalement des structures multiphasées (les impuretés, carbures, composés intermétalliques et autres secondes phases existent généralement sous forme de cathodes dans l'acier, tandis que la matrice Fe agit comme une anode). Il existe une différence de potentiel entre chaque phase de la structure multiphasée, formant une microcellule de corrosion. La deuxième phase peut être soit une phase de passivation anodique, soit une phase de dissolution cathodique, qui affecteront toutes deux la résistance à la corrosion de la matrice.
En prenant l’acier inoxydable comme exemple, ses processus de soudage et de traitement thermique nécessitent une prudence particulière. Après un traitement en solution à haute -température, si l'acier inoxydable est chauffé entre 400 degrés et 850 degrés, un grand nombre de carbures Cr₂₃C₆ et Cr₇C₃ précipiteront le long des joints de grains, formant une zone appauvrie en Cr- près des joints de grains. Les carbures agissent comme la cathode de la cellule de corrosion et la zone appauvrie en Cr- agit comme l'anode de la cellule de corrosion, provoquant ainsi une corrosion intergranulaire et conduisant à une diminution significative de la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable.
