紧固件制备与典型失效案例,紧固件损伤的症状

经常会有老铁在后台留言，咨询腐蚀的原因，今天，螺丝君来跟大家详细聊一聊，

在某些情况下，腐蚀看起来是令人愉快的，例如，装饰铜喷壶上的浅铜锈，但大多数情况下，我们防止腐蚀影响我们的设计在产品的预期生命周期内。

对于工程师来说，了解腐蚀的类型和使用良好的设计方法，来防止腐蚀都是很重要的。

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腐蚀原理

紧固件腐蚀的主要原因是，水分与配合件之间可能发生的电化学反应。

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水滴模型

上图，是一个水滴落在一个普通的铁表面上。水滴的表面暴露在空气中，使其富含氧气。水滴内部缺乏氧气，这就造成了电化学电位的差异，从而允许电流流动。电流通过充当电解质的水，从铁的阳极表面流到水的阴极表面，导致铁离子溶解。

同时，在水中形成氢氧根离子，与铁离子反应，导致氢氧化铁析出Fe (OH2)。迅速溶解氧并氧化成化合物(FeO(OH)nH2)，通常称为铁锈。

在60%的相对湿度下开始腐蚀，一般不需要太多的水分就会生锈。如果空气中含有二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、盐、灰、煤烟等污染物，腐蚀的机率就会增加。

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腐蚀类型

均匀腐蚀

钢的均匀腐蚀是最常见的腐蚀类型，它的红色分布均匀通过紧固件的暴露部分。如果无人看管，零件会变得更薄更弱，最终导致接头失效或无法拆卸。

均匀腐蚀的预防：

防止受潮。提供良好的通风以使干燥。保持表面清洁，避免污染。防止持续的冷凝。用电镀或涂层保护紧固件。

缝隙腐蚀

小的缝隙和凹槽容易吸收水分，不容易干燥。裂缝中的水分迅速失去氧气，并触发在水滴模型中描述的阳极腐蚀。就紧固件而言，缝隙腐蚀的风险随着接头面数量的增加而增加。

奥氏体不锈钢紧固件也有缝隙腐蚀的风险，特别是在水中有氯离子的环境中使用。

缝隙腐蚀的预防

尽量减少使用垫圈，使用法兰设计。使接缝界面尽可能光滑。

电位腐蚀

在有水分的情况下将两种不同的金属连接在一起会产生电化学电位，从而导致腐蚀。电流从低位的阳极金属流向高位的阴极金属，在这个电反应中溶解了低位的材料。

腐蚀电流的密度与金属的溶解速率成正比。在下面的情况下，低位的镀锌螺钉应用到一个铜板上。锌的小表面积与大得多的铜面积相比，创造了高电流密度。当有水分时，锌会迅速溶解。

如果我们把元素倒过来，用铜紧固件连接一大块镀锌钢，电流密度很低，两者之间的腐蚀过程更均匀。

电化学腐蚀预防

紧固件材料或保护图层应比连接件更高电位。绝缘塑料垫圈可用于夹紧非关键的接头。不锈钢或铜件不可用镀锌紧固件紧固。

点状腐蚀

在金属表面涂上一层非常高价位的漆面，如镍或铬，就会发生点蚀。在下面的例子中，镀镍钢有看不见的气孔，使得水可以通过气孔进入母材。裂缝腐蚀开始于表面以下，并通过小孔显示为小点或小坑。

不锈钢和铝合金也容易发生点蚀。这些金属表面有一层钝化的氧化铬层，可以防止它们在正常环境下被腐蚀。如果这一被动层被机械或含氯离子的溶液局部破坏，就可能发生点蚀。

暴露区域比周围更大的钝化区域变成了低价位区域，并产生电流密度，形成局部区域或凹坑的电腐蚀。如果氧气进入活性区域，它可能会再次钝化，但污垢、盐沉积和氯残留物会阻碍氧气的进入，使再次钝化层难以重新形成。

点状腐蚀预防：

保持表面清洁光滑。避免固体或液体残留物，特别是氯化物清洗的部件。在氯化物环境中使用A4或316含钼不锈钢。

晶间腐蚀

奥氏体不锈钢在高温进行热成形或焊接时可能发生晶间腐蚀。经过加热(600℃- 900℃)和缓慢冷却后，碳可以与铬结合形成碳化铬。碳化物的形成消耗了铬的含量，铬是使钢耐腐蚀所必需的。如果铬含量低于12%，则可能发生腐蚀，特别是在晶界。

不锈钢中碳含量越高，冷却速度越慢，就会产生更多的碳化物。

晶间腐蚀的预防：

如果热成型或焊接，请使用碳含量低于0.05%的不锈钢。加热后直接在水中淬火。碳含量超过0.05%的不锈钢在高温下可以通过添加钛、铌或钽(A3和A5钢)来稳定。

应力腐蚀开裂

当紧固件在拉应力作用下发生腐蚀时，可能会产生应力腐蚀开裂。这种类型的失效通常始于点蚀。

当奥氏体不锈钢发生点蚀时，腐蚀在垂直于应力方向的方向加速，形成裂纹，红锈和盐酸在裂缝的底部不断形成。酸的侵蚀阻止了再钝化，腐蚀过程继续进行，导致裂纹越来越深，直到金属失效。应力腐蚀开裂也可能发生在非合金和低合金钢中。裂纹本质上是沿晶裂纹，而不锈钢奥氏体钢裂纹是穿晶裂纹。

应力腐蚀开裂预防：

应遵守点蚀防护规则，特别是高应力紧固件。定期检查安全关键部件是否有腐蚀迹象。考虑对安全关键部件进行热浸锌处理。确保安全关键紧固件可见，便于检查和更换。

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总 结

在设计产品时，紧固件是整个组装的一个整体部分，不能被视为单独的实体。紧固件必须总是和它们连接在一起的部件一样好或更好。

通过了解不同类型的腐蚀和预防措施，并遵循以下规则，可以实现良好的持久的连接：

连接的紧固件应该与被连接件性能一致，甚至更优。接头不应成为整个连接中薄弱部分。确保所有紧固的接头，特别是关键的接头，都是可以检查和更换的。

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