Introduzione dettagliata ai trattamenti superficiali per bulloni ad alta resistenza e resistenti alla corrosione

La corretta selezione del trattamento superficiale è fondamentale nella progettazione e nella selezione degli elementi di fissaggio. È disponibile un'ampia varietà di processi di trattamento superficialeelementi di fissaggio. I progettisti dovranno selezionare soluzioni economiche e compatibili in base alle condizioni operative, ai requisiti di resistenza alla corrosione, alle prestazioni di assemblaggio, alla temperatura ambientale, agli standard di protezione ambientale e ai budget di costo. La maggior parte degli elementi di fissaggio commerciali sono realizzati in acciaio al carbonio o acciaio legato, che è soggetto a corrosione. Anche gli elementi di fissaggio realizzati con materiali resistenti alla corrosione richiedono un trattamento superficiale per isolare i mezzi corrosivi e ritardare l'ossidazione.

I rivestimenti degli elementi di fissaggio devono presentare una forte adesione, nessuna sfogliatura durante il montaggio e lo smontaggio e uno spessore adeguato che non interferisca con l'innesto della filettatura. Inoltre, il limite di resistenza alla temperatura della maggior parte dei rivestimenti è inferiore a quello del materiale base in acciaio; pertanto, durante la selezione è necessario considerare la temperatura di servizio. Oltre all'aspetto e alle funzioni anticorrosione, il trattamento superficiale influisce notevolmente sulle prestazioni di fissaggio degli elementi di fissaggio, in particolare sulla consistenza della forza di precarico della coppia. La progettazione professionale bilancia in modo completo la resistenza alla corrosione, la producibilità dell'assemblaggio, la stabilità operativa e la conformità ambientale. Questo articolo presenta i principali processi di trattamento superficiale per elementi di fissaggio ad alta resistenza e resistenti alla corrosione.

1. Elettrozincatura

La zincatura elettrolitica è il rivestimento più utilizzato per gli elementi di fissaggio commerciali. È conveniente con un aspetto pulito e disponibile in molteplici finiture tra cui zinco bianco, zinco giallo, zinco nero e verde oliva. Tuttavia, offre una resistenza alla corrosione relativamente debole tra i rivestimenti a base di zinco. La durata della nebbia salina neutra (NSS) della elettrozincatura convenzionale è di 72 ore. Con agenti sigillanti avanzati, la resistenza alla nebbia salina può superare le 200 ore, ma il costo è da 5 a 8 volte superiore rispetto alla zincatura ordinaria.

Il processo di galvanica provoca facilmente l'infragilimento da idrogeno. Di conseguenza, è generalmente vietata la normale elettrozincatura dei bulloni ad alta resistenza di grado 10.9 e superiore. Sebbene la deidrogenazione mediante cottura sia fattibile, il film di passivazione verrà danneggiato oltre i 60 gradi. Pertanto la deidrogenazione deve essere eseguita dopo la galvanica e prima della passivazione, con conseguenti operazioni complicate e costi elevati. La maggior parte dei produttori non effettua la deidrogenazione a meno che non sia espressamente richiesto dai clienti.

Gli elementi di fissaggio elettrozincati mostrano una consistenza del precarico di coppia scarsa e instabile, quindi generalmente non vengono utilizzati per connessioni strutturali critiche. È possibile applicare un rivestimento lubrificante dopo la placcatura per migliorare la stabilità della coppia e la consistenza del precarico.

2. Fosfatazione

La fosfatazione è più economica dell'elettrozincatura ma fornisce una resistenza alla corrosione di base inferiore. Deve essere sigillato con olio per una protezione efficace. Il normale olio antiruggine fornisce solo da 10 a 20 ore di resistenza NSS, mentre l'olio antiruggine di alta qualità può estenderla da 72 a 96 ore a un costo da 2 a 3 volte superiore.

Agli elementi di fissaggio vengono applicati due tipi principali di fosfatazione: fosfatazione allo zinco e fosfatazione al manganese. La fosfatazione allo zinco offre un eccellente potere lubrificante per un assemblaggio preciso, mentre la fosfatazione al manganese offre una resistenza alla corrosione e all'usura superiore con un intervallo di temperature di esercizio compreso tra 107 gradi e 204 gradi (da 225 gradi F a 400 gradi F).

Il vantaggio più grande della fosfatazione è l'eccellente uniformità del precarico di coppia, che garantisce un precarico dell'assemblaggio stabile e accurato. È ampiamente utilizzato in connessioni industriali critiche come gruppi di strutture in acciaio, bulloni di bielle di motori, bulloni di testate, elementi di fissaggio dei cuscinetti principali, volani e bulloni delle ruote. Inoltre, la fosfatazione non provoca infragilimento da idrogeno, rendendolo il trattamento superficiale standard per bulloni ad alta resistenza di Grado 10.9 e superiori.

3. Ossido blu (rivestimento di ossido nero)

La brunitura più la sigillatura dell'olio è il trattamento superficiale più economico per gli elementi di fissaggio industriali dall'aspetto pulito, adatto per ambienti interni asciutti. La pellicola di ossido nero in sé non ha quasi alcuna capacità anticorrosione e si affida completamente alla protezione dell'olio superficiale. Senza olio la superficie arrugginisce rapidamente. La resistenza NSS degli elementi di fissaggio bruniti a tenuta d'olio è di sole 3-5 ore.

Gli elementi di fissaggio azzurrati hanno una scarsa consistenza del precarico di coppia. Il grasso lubrificante applicato alle superfici filettate prima del montaggio può migliorare la qualità dell'innesto e la stabilità del precarico.

4. Placcatura al cadmio

La placcatura al cadmio fornisce un'eccezionale resistenza alla corrosione, in particolare prestazioni superiori in nebbia salina in ambienti marini rispetto ai trattamenti convenzionali. Tuttavia, il trattamento delle acque reflue è difficile e pericoloso per l’ambiente, con costi di produzione estremamente elevati, circa 15-20 volte superiori a quelli dell’elettrozincatura. Viene adottato solo per condizioni di servizio estreme come piattaforme di perforazione offshore e dispositivi di fissaggio aerospaziali e viene utilizzato raramente nelle industrie generali. Anche la placcatura al cadmio induce infragilimento da idrogeno e non è adatta perbulloni ad alta resistenza.

5. Cromatura

I rivestimenti al cromo sono chimicamente stabili in ambienti atmosferici con eccellente ritenzione della brillantezza, elevata durezza e resistenza all'usura superiore. Sugli elementi di fissaggio, la cromatura viene utilizzata principalmente per scopi decorativi. Viene utilizzato raramente per applicazioni anticorrosione pesanti a causa del costo elevato paragonabile all'acciaio inossidabile. Viene applicato solo quando l'acciaio inossidabile non può soddisfare i requisiti di resistenza.

La cromatura richiede sottofondi di rame e nichel per garantire adesione e resistenza alla corrosione. Il rivestimento può resistere a temperature elevate fino a 650 gradi (1200 gradi F), ma l'infragilimento da idrogeno rimane un rischio potenziale per i bulloni ad alta resistenza.

6. Placcatura in argento e nichelatura

La placcatura in argento fornisce sia resistenza alla corrosione che solida lubrificazione. Mantiene prestazioni stabili a temperature fino a 870 gradi (1600 gradi F) e previene efficacemente l'ossidazione e il grippaggio della filettatura in condizioni di alta temperatura. A causa dei vincoli di costo, viene utilizzato principalmente per dadi e piccoli bulloni di precisione in apparecchiature ad alta temperatura.

La placcatura in nichel viene utilizzata principalmente per scenari che richiedono sia resistenza alla corrosione che conduttività elettrica, come i dispositivi di fissaggio dei terminali per le batterie dei veicoli.

7. Zincatura a caldo (HDG)

La zincatura a caldo è un rivestimento di zinco a diffusione termica ad alta temperatura con uno spessore compreso tra 15 e 100 μm e un'eccellente resistenza alla corrosione, ampiamente utilizzato per attrezzature tecniche pesanti per esterni. Soffre di scarsa uniformità di spessore e di grave inquinamento ambientale causato dai residui di zinco e dai vapori di zinco durante la produzione.

Lo spesso rivestimento provoca spesso inceppamenti del filo e difficoltà di innesto. Le soluzioni comuni includono la maschiatura delle filettature interne dopo la zincatura (che danneggia il rivestimento parziale e riduce la resistenza alla corrosione) o il preallargamento dei fori filettati del dado da 0,16 a 0,75 mm (per M5–M30) prima della zincatura (che riduce leggermente la resistenza strutturale). Il design della filettatura anti-allentamento Spiralock può risolvere questo problema accogliendo rivestimenti spessi pur mantenendo la piena resistenza alla corrosione e resistenza meccanica.

A causa dell'elevata temperatura di lavorazione che altera la struttura metallografica delbulloni trattati termicamente, la zincatura a caldo è vietata per gli elementi di fissaggio di grado 10.9 e superiore.

8. Diffusione di zinco in polvere

La diffusione dello zinco in polvere è un processo metallurgico di diffusione termica a stato solido che forma rivestimenti uniformi su superfici complesse come filettature e fori ciechi. Lo spessore del rivestimento varia da 10 a 110 μm con errore di spessore controllato entro il 10%. Tra tutti i trattamenti a base di zinco, offre la massima forza di adesione e stabilità alla corrosione con zero inquinamento e nessun infragilimento da idrogeno, ideale per elementi di fissaggio ad alta precisione, alta resistenza e alta resistenza alla corrosione.

9. Rivestimento Dacromet

Dacromet (rivestimento zinco-cromo) presenta un rischio di infragilimento da idrogeno pari a zero e un'eccellente consistenza del precarico di coppia. Fornisce una resistenza superiore alla nebbia salina, stabilità alle alte temperature e resistenza alla corrosione chimica e previene efficacemente la corrosione galvanica e l'infragilimento ossidativo causato dal contatto con metalli diversi. Escludendo le restrizioni ambientali relative al cromo esavalente, è uno dei migliori trattamenti superficiali per elementi di fissaggio ad alta resistenza che richiedono un'estrema resistenza alla corrosione.

I gradi Dacromet comuni includono 9028, G917 e G980, disponibili nelle finiture argento e nero. Il grado 9028 è una formula economica per la protezione dalla corrosione convenzionale; G917 offre un'eccellente resistenza chimica per ambienti con fluidi complessi; G980 offre un'eccezionale resistenza alle alte temperature per un servizio continuo superiore a 200 gradi.

Conforme alle direttive ambientali ELV, WEEE e RoHS, Dacromet è ampiamente applicato nei settori automobilistico, degli elettrodomestici e dell'edilizia. È adatto per componenti ad alta temperatura e fortemente corrosivi come scudi termici degli scarichi automobilistici, radiatori, parti del telaio, contatori del gas e attrezzature marine.