مقدمة لتقنيات مكافحة التآكل الشائعة للسحابات

السحاباتهي المكونات الأكثر شيوعًا في المعدات الميكانيكية المستخدمة لتثبيت التوصيلات، وجميعها تستخدم في بيئات محددة. إن التفاعل طويل الأمد بين أدوات التثبيت والبيئة سيغير دائمًا حالتها وأدائها، أي أن التآكل يحدث، وهو أحد الأشكال الرئيسية لفشل أدوات التثبيت. سيؤثر التآكل البسيط للمثبتات على قابلية فصل الخيوط وإعادة استخدامها، في حين أن التآكل الشديد سيضر بقوة الاتصال بين المكونات، بل ويؤدي إلى فشل مفاجئ في قطع العمل وحوادث كارثية. ولذلك، فإن مكافحة التآكل من السحابات كانت دائما موضوعا لقلق كبير.

تقنيات مكافحة التآكل الشائعة للسحابات

عادةً ما تشكل المعالجة المضادة للتآكل للمثبتات طبقة طلاء أو طبقة مضادة للتآكل على سطح قطعة العمل من خلال طرق معينة لمنع البيئة الخارجية من التأثير على المثبتات نفسها وتحقيق تأثير مقاومة التآكل. هناك أربع تقنيات رئيسية شائعة لمكافحة التآكل للمثبتات: تكنولوجيا معالجة الأفلام، وتكنولوجيا الطلاء المعدني، وتكنولوجيا الطلاء وتغيير الهيكل الداخلي للمعدن (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ).

1. تكنولوجيا معالجة الأفلام

تشير تقنية معالجة الأفلام بشكل أساسي إلى عملية توليد فيلم تحويل كيميائي (كهروكيميائي) مستقر على سطح المعدن باستخدام طرق كيميائية أو كهروكيميائية. على سبيل المثال، في مركبات السكك الحديدية الحضرية، يتم استخدام معالجة السواد/الأزرق ومعالجة الفوسفات على نطاق واسع لمعالجة أغشية المثبتات.

1.1 اسوداد وزرقة

تسمى عملية وضع الأجزاء الفولاذية في محلول قلوي مركز يحتوي على مواد مؤكسدة ومعالجتها عند درجة حرارة 140 درجة تقريبًا لفترة زمنية معينة لتكوين طبقة أكسيد كيميائي (تتكون بشكل أساسي من Fe₃O₄) على سطح الأجزاء الفولاذية بمعالجة السواد/الصبغ الأزرق.

الخصائص التقنية لمعالجة السواد/الازرقاق:

1) سمك الفيلم هو 0.5-1.5 ميكرومتر.

2) يكون وقت اختبار رش الملح المحايد (NSS) عمومًا من 2 إلى 5 ساعات فقط، وفي ذلك الوقت ينكسر فيلم الأكسيد، وسيظهر الكثير من الصدأ.

3) يمكن استخدام حساسية منخفضة لتقصف الهيدروجينمسامير عالية القوة.

4) كمثبت، فإن تناسق عزم الدوران والتحميل المسبق ضعيف.

5) لون مشرق وتأثير زخرفي جيد.

6) منخفضة التكلفة.

1.2 العلاج بالفوسفات

تسمى عملية غمر الأجزاء الفولاذية في محلول يحتوي على المنغنيز وحمض الفوسفوريك والفوسفات وكواشف أخرى لتشكيل طبقة تحويل فوسفات غير قابلة للذوبان في الماء على سطح المعدن بالمعالجة بالفوسفات. الخصائص التقنية لمعالجة الفوسفات هي كما يلي:

1) يتم دمج الفيلم بقوة مع الركيزة (سمك 1 ~ 50 ميكرومتر).

2) يمكن أن يصل وقت اختبار رش الملح المحايد (NSS) إلى 10 إلى 20 ساعة، ويمكن أن يصل البعض إلى 72 ساعة.

3) ضعف القوة الميكانيكية والملمس الهش.

4) كمثبت، فإن تناسق عزم الدوران والتحميل المسبق جيد.

5) اللون غامق مثل الرمادي الفاتح، والتأثير الزخرفي ضعيف.

6) حساسية منخفضة للتقصف بالهيدروجين، يمكن استخدامها للبراغي عالية القوة.

7) منخفضة التكلفة.

2. تكنولوجيا طلاء المعادن

تقنية الطلاء المعدني هي عملية معالجة سطحية تشكل بشكل أساسي طبقة معدنية رقيقة على سطح المواد المعدنية باستخدام تقنية الطلاء لمنح المواد المعدنية خصائص زخرفية أو وقائية. في مركبات السكك الحديدية الحضرية، تكون تقنية الطلاء المعدني للمثبتات هي الجلفنة بشكل أساسي، بالإضافة إلى الطلاءات المعدنية الخاصة الأخرى (طلاء الكروم، طلاء النيكل، طلاء الكادميوم، طلاء الفضة، إلخ).

2.1 الجلفنة

الزنك والحديد قابلان للامتزاج، وإمكانات القطب القياسية الخاصة بهما هي -0.76 فولت. بالنسبة للركيزة الفولاذية، فإن طلاء الزنك عبارة عن طلاء أنودي، والذي يمكنه حماية الركيزة الفولاذية بشكل أفضل. لذلك، يتم استخدام تكنولوجيا الجلفنة على نطاق واسع في السحابات. هناك ثلاث طرق جلفنة شائعة: الجلفنة بالغمس الساخن، الجلفنة الكهربائية، والجلفنة الميكانيكية.

2.1.1 الجلفنة بالغمس الساخن

تشير الجلفنة بالغمس الساخن إلى عملية غمر الأجزاء الفولاذية في الزنك السائل المنصهر، مما يتسبب في سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية على سطح قطعة العمل لتشكيل طلاء الزنك المعدني. سمك طلاء الجلفنة بالغمس الساخن سميك نسبيًا (يصل إلى 30 ~ 60 ميكرومتر)، ومقاومته للتآكل ممتازة. يتم استخدامه على نطاق واسع في الأجزاء الفولاذية المستخدمة في الهواء الطلق لفترة طويلة (مثل أبراج التلفزيون، وحواجز الطرق السريعة، وما إلى ذلك). بالنسبة للمثبتات، تنطبق الجلفنة بالغمس الساخن بشكل عام على البراغي من M6 وما فوق، ولكن لا يمكن استخدامها للمثبتات عالية القوة. السبب الرئيسي هو أن درجة حرارة التشغيل لعملية الجلفنة بالغمس الساخن مرتفعة نسبيًا (400 درجة ~ 500 درجة)، مما يسهل التسبب في تليين درجة حرارة السحابات عالية القوة وتقليل قوتها.

2.1.2 الجلفنة الكهربائية

الجلفنة الكهربائية هي استخدام مبدأ التحليل الكهربائي لتشكيل طبقة زنك موحدة وكثيفة ومتماسكة جيدًا على سطح الأجزاء الفولاذية. سمك طبقة الزنك المجلفنة كهربائيًا رقيق نسبيًا (5 ~ 30 ميكرومتر)، ومقاومتها للتآكل هي الأسوأ بين معالجات الجلفنة المضادة للتآكل. ومع ذلك، فإن عمليتها بسيطة، والتكلفة منخفضة، ولها تأثير ضئيل على مشاركة الخيط، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في أدوات التثبيت. نظرًا لأن الجلفنة الكهربائية لديها حساسية عالية للتقصف بالهيدروجين ومن الصعب إزالة الهيدروجين تمامًا (سوف تتقشر الطبقة المجلفنة كهربائيًا أو تسقط عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 100 درجة)، لا يمكن استخدام الجلفنة الكهربائية للمثبتات عالية القوة.

2.1.3 الجلفنة الميكانيكية

تشير الجلفنة الميكانيكية إلى عملية معالجة السطح التي تشكل فيها الأجزاء الفولاذية طبقة من الزنك عن طريق تصادم سطح الأجزاء الفولاذية بوسائط تصادمية تحت تأثير المواد الكيميائية مثل مسحوق الزنك والمشتت والمسرع. سمك الطبقة المجلفنة الميكانيكية بشكل عام هو 5 ~ 50 ميكرومتر. سطح الطلاء كثيف وموحد، مع تأثير زخرفي جيد ومقاومة ممتازة للتآكل؛ علاوة على ذلك، فهي لا تحتوي على عيوب مثل التقسية بدرجة الحرارة العالية والتقصف الهيدروجيني الموجود في الجلفنة بالغمس الساخن والجلفنة الكهربائية، لذلك فهي عملية معالجة سطحية مناسبة بشكل خاص لمقاومة تآكل أدوات التثبيت.

2.2 اللوحات المعدنية الأخرى

2.2.1 طلاء الكروم

كطلاء معدني، يتميز الكروم بخصائص الالتصاق القوي، ومقاومة التآكل الجيدة، والتأثير الزخرفي الممتاز، والمقاومة العالية للحرارة (يمكن استخدامه بشكل طبيعي أقل من 500 درجة). لذلك، يعد استخدام طلاء الكروم كطلاء معدني للمثبتات مثاليًا جدًا.

العيوب الرئيسية لطلاء الكروم هي كما يلي:

1) العملية معقدة، ويجب طلاء النيكل أو النحاس أولاً قبل الطلاء بالكروم.

2) ارتفاع الأسعار.

3) طلاء الكروم صلب وهش وسهل السقوط.

2.2.2 طلاء النيكل

كطلاء معدني، يتمتع النيكل بموصلية كهربائية جيدة، وصلابة عالية، وتأثير زخرفي جيد، ومقاومة للحرارة (يمكن استخدامه بشكل طبيعي أقل من 600 درجة)، لذلك فهو أيضًا مثالي لاستخدام طلاء النيكل للمثبتات.

العيوب الرئيسية لطلاء النيكل هي كما يلي:

1) العملية معقدة، ويجب طلاء النحاس أولاً قبل الطلاء بالنيكل (الأصل "قبل الطلاء بالكروم" هو خطأ مطبعي).

2) طلاء النيكل مسامي، وسيتم تسريع تآكل المصفوفة عندما يكون الطلاء رقيقًا.

3) ارتفاع الأسعار.

2.2.3 طلاء الكادميوم

كطلاء معدني، الكادميوم عبارة عن طلاء أنوديك، يتميز بخصائص المقاومة القوية للتآكل بحمض الهيدروكلوريك، والتقصف المنخفض للهيدروجين والتأثير الزخرفي الجيد. إنها مناسبة بشكل خاص للمثبتات المستخدمة في البيئات البحرية (مثل مثبتات الطائرات البحرية ومنصات التنقيب عن النفط).

العيوب الرئيسية لطلاء الكادميوم هي كما يلي:

① التلوث البيئي العالي. الغاز الناتج عن ذوبان الكادميوم وأملاح الكادميوم القابلة للذوبان يكون سامًا.

② سعر مرتفع.

2.2.4 طلاء الفضة

كطلاء معدني، تتمتع الفضة بموصلية كهربائية ممتازة وأداء عاكس ممتاز ومداهنة جيدة ومقاومة ممتازة للحرارة (يمكن استخدامها بشكل طبيعي أقل من 870 درجة). ولذلك، يتم استخدام الطلاء الفضي على نطاق واسع في مجالات مثل الإلكترونيات والهندسة الكهربائية، والمكونات عالية التردد (مثل البراغي الموصلة للمولدات، ومحطات مخرج بطارية السيارة).

العيوب الرئيسية لطلاء الفضة هي كما يلي:

① العملية معقدة، ويجب طلاء النحاس أولاً قبل طلاء الفضة.

② السعر باهظ الثمن.

2.2.5 طلاء الزنك والنيكل

الطلاء المركب بالزنك والنيكل هو نوع جديد من طلاء السبائك المعدنية تم تطويره على أساس تكنولوجيا معالجة سطح طلاء الزنك، والتي لها العديد من المزايا:

1) يمكن أن يصل وقت اختبار رش الملح المحايد (NSS) إلى 500 ~ 1500 ساعة.

2) تتراوح إمكانات القطب الكهربائي للطلاء بين Fe و Zn، وهو أكثر ملاءمة للتجميع مع أجزاء الألومنيوم.

3) صلابة طلاء عالية وتأثير زخرفي جيد.

4) لا يمكن استخدام أي تقصف للهيدروجين تقريبًاالسحابات عالية القوة.

5) مقاومة جيدة للحرارة (يمكن استخدامها عادة أقل من 800 درجة؛ الأصلي "8009C" هو خطأ مطبعي).

العيب الرئيسي لطلاء الزنك والنيكل هو سعره المرتفع (حوالي 6 أضعاف سعر الجلفنة العادية)، ولكن أدائه الشامل الممتاز أصبح معروفًا على نطاق واسع.

3. تكنولوجيا الطلاء

تقنية الطلاء هي تقنية معالجة الأسطح التي تطبق طلاءات محددة على سطح الأشياء من خلال معدات وطرق معينة لتشكيل طبقة كثيفة ومستمرة وموحدة على السطح، ثم تجففها وتعالجها بطرق طبيعية أو صناعية لتشكيل طبقة واقية أو زخرفية.

في أدوات التثبيت، تقنية الطلاء الأكثر استخدامًا على نطاق واسع هي تقنية طلاء الزنك والكروم، وهي عبارة عن طلاء يتم تشكيله على سطح الأجزاء الفولاذية عن طريق تطبيق طلاء الزنك والكروم على الأجزاء الفولاذية والخبز من خلال طلاء دورة مغلقة كاملة، المعروف أيضًا باسم معالجة داكروميت. لديها الخصائص الممتازة التالية:

1) يمكن أن يصل وقت اختبار رش الملح المحايد (NSS) إلى 500 ~ 1000 ساعة.

2) نفاذية جيدة.

3) عدم وجود حساسية لتقصف الهيدروجين.

4) انخفاض التلوث البيئي.

5) كمثبت، فإن تناسق عزم الدوران والتحميل المسبق جيد جدًا.

6) سعر معتدل (حوالي 2 مرات من الجلفنة العادية).

العيوب الرئيسية لعلاج Dacromet هي كما يلي:

1) مقاومة التآكل ضعيفة (الصلابة 1 ساعة فقط).

2) لون واحد (فقط الأبيض الفضي والرمادي الفضي)، وتأثير زخرفي ضعيف.

3) التوصيل الكهربائي ضعيف، غير مناسب للأجزاء ذات التوصيلات الموصلة.

4. تغيير البنية المجهرية للصلب

4.1 تغيير التركيب (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ)

الفولاذ المقاوم للصدأ هو اختصار للفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للأحماض، والذي يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل وتأثير زخرفي جيد، ويستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات. في الوقت الحاضر، يُعتقد بشكل عام أن آلية مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ هي بشكل أساسي كما يلي:

1) عندما يتجاوز محتوى الكروم 13%، فإن جهد القطب الكهربائي للفولاذ سيرتفع من الإمكانات السلبية إلى الإمكانات الإيجابية، مما يجعل مصفوفة الفولاذ نفسها "خاملة"؛

2) سوف يشكل الكروم طبقة سلبية كثيفة غنية بالكروم على السطح الفولاذي لمزيد من الحماية للمصفوفة؛

3) يمكن تقسيم الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الفولاذ المارتنسيتي، والفولاذ الحديدي، والفولاذ الأوستنيتي، والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي-الحديدي، وما إلى ذلك وفقًا للبنية المجهرية. من بينها، الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي لديه أفضل مقاومة للتآكل، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة A2 وA4.

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل رئيسي على أوجه القصور التالية:

① قوة إنتاج منخفضة (عموما لا تزيد عن 300 ميجا باسكال)، غير مناسبة لتوصيل الأجزاء الهيكلية الرئيسية؛

② عرضة لضبط الخيط: عندما يتم تشديد مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ، فمن السهل إتلاف سطح الخيط، وفي هذا الوقت، سيتم إنشاء طبقة أكسيد تلقائيًا، مما سيؤدي إلى زيادة تفاقم التصاق الترباس وقفله؛

③ عرضة للتآكل بين الحبيبات: عند درجة حرارة معينة، سيشكل C وCr في الفولاذ المقاوم للصدأ مركبات، خاصة بالقرب من حدود الحبوب، مما سيؤدي إلى ظهور "مناطق مستنفدة الكروم" عند حدود الحبوب ويسبب تآكل بين الحبيبات؛

④ ضعف مقاومة التآكل للوسط Cl⁻ (باستثناء الفولاذ المقاوم للصدأ A4)؛

⑤ سعر مرتفع (حوالي 4 أضعاف سعر علاج داكروميت).

4.2 تغيير حالة المعالجة الحرارية

المواد الفولاذية هي في الأساس هياكل متعددة الأطوار (توجد الشوائب والكربيدات والمركبات بين الفلزات والأطوار الثانية الأخرى عادةً كاثودات في الفولاذ، بينما تعمل مصفوفة الحديد كأنود). هناك فرق محتمل بين كل مرحلة في البنية متعددة الأطوار، مما يشكل خلية تآكل دقيقة. قد تكون المرحلة الثانية إما مرحلة التخميل الأنودي أو مرحلة الذوبان الكاثودي، وكلاهما سيؤثر على مقاومة التآكل للمصفوفة.

إذا أخذنا الفولاذ المقاوم للصدأ كمثال، فإن عمليات اللحام والمعالجة الحرارية تحتاج إلى مزيد من الحذر. بعد معالجة المحلول بدرجة حرارة عالية، إذا تم تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ بين 400 درجة و850 درجة، فإن عددًا كبيرًا من كربيدات Cr₂₃C₆ وCr₇C₃ سوف يترسب على طول حدود الحبوب، مما يشكل منطقة مستنفدة الكروم بالقرب من حدود الحبوب. تعمل الكربيدات ككاثود لخلية التآكل، وتعمل المنطقة المستنفدة للكروم كأنود لخلية التآكل، مما يسبب تآكلًا بين الخلايا الحبيبية ويؤدي إلى انخفاض كبير في مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ.