Tratamente de suprafață – Elemente de fixare din oțel

Puncte forte

Aspect..
Elementele de fixare zincate electrolitic au un aspect curat și metalic. Acoperirea este netedă și poate fi pasivată în finisaje argintiu lucios, irizat, galben sau negru. Pentru aplicații vizibile — produse de consum, asamblări interioare și orice aplicație văzută de clientul final — zincarea electrolitică reprezintă o alegere bună.

Precizie dimensională.
Deoarece stratul este foarte subțire și uniform, elementele de fixare zincate electrolitic își păstrează toleranțele strânse. Filetele se potrivesc corect cu calibrele și componentele asociate, chiar și la grosimi reduse ale stratului, cu condiția ca procesul de zincare să fi fost realizat conform standardului.

Rezistență la coroziune (aplicații moderate)..
Un strat de zinc electrolitic de 12 µm cu un strat de pasivare oferă o protecție rezonabilă împotriva coroziunii — de regulă între 96 și peste 200 de ore în testele de ceață salină neutră (ISO 9227), în funcție de sistemul de pasivare utilizat. Acest nivel este adecvat pentru aplicații interioare.

Limitări

Rezistența la coroziune în medii agresive.
În comparație cu zincarea la cald, straturile zincate electrolitic sunt subțiri. În medii exterioare agresive, marine sau permanent umede, această cantitate limitată de zinc este consumată relativ rapid.

Riscul de fragilizare cu hidrogen.
Aceasta este cea mai importantă limitare pentru elementele de fixare de înaltă rezistență. Procesul de zincare electrolitică implică decaparea acidă pentru curățarea suprafeței oțelului, urmată de procesul propriu-zis de electrodepunere — ambele etape pot introduce hidrogen în oțel. Pentru elementele de fixare cu o rezistență la tracțiune de peste aproximativ 1040 MPa (Clasa de proprietăți 10.9 și superioară), acest lucru creează riscul de fragilizare cu hidrogen (HE): pierderea permanentă a ductilității unui metal sau aliaj cauzată de hidrogenul atomic în combinație cu tensiunile de tracțiune rezultate din sarcini aplicate extern și/sau tensiuni reziduale interne.

ISO 4042 abordează acest risc prin impunerea unui tratament termic după acoperire (de regulă la 200 °C timp de minimum 8 ore) pentru eliminarea hidrogenului din oțel. Atunci când acest tratament este efectuat și documentat corespunzător, riscul este controlat. Atunci când nu este efectuat — sau este realizat în grabă — riscul rămâne. Acesta este motivul pentru care elementele de fixare din Clasa de proprietăți 12.9 sunt rareori furnizate cu acoperiri zincate electrolitic și de ce investigațiile privind defectările asociate acoperirilor indică atât de frecvent procesul de zincare.

Ce face bine

Protecție împotriva coroziunii în medii agresive..
Grosimea mare a unui strat de zincare la cald înseamnă că există semnificativ mai mult zinc disponibil pentru a oferi protecție sacrificială. Elementele de fixare zincate la cald ating în mod obișnuit peste 1.000 de ore în testele cu ceață salină și reprezintă alegerea preferată pentru aplicații structurale exterioare: poduri, stâlpi de transport al energiei, instalații solare, echipamente agricole și feronerie pentru construcții..

Durabilitate și rezistență la impact.
Legătura metalurgică dintre straturile de aliaj zinc-fier și substratul din oțel este foarte puternică. Straturile zincate la cald rezistă mult mai bine la deteriorări mecanice — ciobire, exfoliere și desprindere — decât straturile depuse electrolitic. În mediile dificile de construcții și manipulare, această rezistență este esențială.

Risc foarte redus de fragilizare cu hidrogen (HE)..
Procesul de zincare la cald nu introduce hidrogen în oțel în același mod ca depunerea electrolitică. Baia de zinc topit la temperatură ridicată are chiar un ușor efect de degazare, eliminând hidrogenul în loc să îl introducă. Orice risc de fragilizare cu hidrogen provenit din etapa de decapare acidă este foarte redus comparativ cu depunerea electrolitică, iar imersia ulterioară la temperatură ridicată îl reduce în mare măsură. Din acest motiv, zincarea la cald este considerată mult mai compatibilă cu elementele de fixare de înaltă rezistență din perspectiva fragilizării cu hidrogen decât depunerea electrolitică.

Durată lungă de viață.
Combinația dintre grosimea stratului, integritatea legăturii și masa de zinc permite elementelor de fixare zincate la cald să ofere protecție timp de decenii în aplicații structurale exterioare, cu întreținere redusă sau chiar fără întreținere.

Unde are limitări

Grosimea stratului și potrivirea filetului.
Aceasta este cea mai importantă limitare practică. M8 este dimensiunea minimă pentru zincarea la cald din cauza grosimii minime a stratului de 40 µm. În cazul unui filet metric standard, aceasta consumă o parte semnificativă din toleranța filetului.

Standardul ISO 10684 abordează această problemă prin două sisteme de toleranțe pentru filete: sistemul metric ISO (subdimensionat) și sistemul cu filet supradimensionat. Aceasta înseamnă că șuruburile și piulițele zincate la cald trebuie să corespundă sistemului adecvat de ajustare a toleranțelor.

Aspect.
Straturile zincate la cald au un aspect gri mat, o textură relativ aspră și un aspect variabil. Sunt complet funcționale, dar nu sunt deosebit de rafinate din punct de vedere estetic.

Ce face bine

Rezistență excepțională la coroziune raportată la grosimea stratului..
Aceasta este caracteristica principală a acoperirilor cu fulgi de zinc. Structura suprapusă, asemănătoare unor plăcuțe, creează un traseu extrem de dificil pentru agenții corozivi — umezeala și sărurile trebuie să traverseze strat după strat de zinc în loc să pătrundă direct. O acoperire cu fulgi de zinc de 12 µm atinge în mod obișnuit între 720 și peste 1.000 de ore în testele cu ceață salină neutră (în funcție de rețeta de bază și de stratul superior).

Gamă largă de proprietăți funcționale.
Alegerea stratului superior poate adăuga proprietăți funcționale suplimentare, inclusiv: izolație electrică, rezistență chimică ridicată, rezistență la impact și abraziune, rezistență termică, o gamă largă de culori și lubrifianți suplimentari pentru controlul coeficientului de frecare.

Fără risc de fragilizare cu hidrogen (HE)..
Acoperirile cu fulgi de zinc sunt aplicate din suspensii pe bază de apă sau solvent, fără decapare acidă și fără depunere electrochimică. Nu există niciun mecanism prin care hidrogenul să fie introdus în oțel. Acest lucru face ca acoperirea cu fulgi de zinc să fie alegerea preferată pentru elementele de fixare de înaltă rezistență — clasele de proprietăți 10.9 și 12.9 — atunci când riscul de fragilizare cu hidrogen asociat acoperirilor electrolitice este inacceptabil, iar grosimea zincării la cald este incompatibilă cu toleranțele filetului.

Strat subțire și compatibilitate dimensională.
La grosimi de 4 µm până la 20 µm, acoperirile cu fulgi de zinc sunt suficient de subțiri pentru a fi aplicate pe elemente de fixare cu filete de precizie fără a necesita, în majoritatea cazurilor, filete speciale supradimensionate. Toleranțele standard ale filetelor permit de regulă utilizarea acestor acoperiri în cadrul claselor de toleranță 6h/6H.

Unde are limitări

Ductilitate redusă.
Acoperirile cu fulgi de zinc nu sunt, în general, foarte ductile. Performanța anticorozivă poate fi afectată atunci când apare o deformare după aplicarea acoperirii.

Probleme specifice procesului de acoperire asociate elementelor de fixare.
De exemplu, umplerea neintenționată a locașurilor (imbusuri, sisteme de antrenare), ceea ce poate modifica dimensiunile acestora. Reținerea particulelor în filete. Acoperire neuniformă a șaibelor — șaibele se pot lipi între ele, iar suprafețele aflate în contact rămân neacoperite.