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达克罗处理的紧固件锈蚀原因分析及解决措施


摘要:以城轨车辆紧固件锈蚀的问题为研究对象,从试验和理论上分析了达克罗处理后的锁紧垫圈锈蚀原因,并提出了具体的解决措施。

 1、问题的提出

      城轨车辆车体焊接结构大多主要采用铝合金材料,为满足防腐要求,用于安装车辆设备及其部件的紧固螺栓大多采用不锈钢材料,但为保证紧固件的防腐防锈性能和 降低整体成本,大量采用经过达克罗处理的锁紧垫圈与不锈钢螺栓配合使用,如城轨车辆车顶上用于受电弓、避雷针、空调等部件安装的锁紧垫圈等。锁紧垫圈材质 为弹簧钢,表面进行达克罗处理,配合A4-80的不锈钢螺栓、螺母使用。但是使用一段时间后发现,用在车辆外部的锁紧垫圈,如车顶空调减震安装螺栓处的锁 紧垫圈出现锈蚀现象,而在车内及底架起紧固作用的垫圈暂未发现锈蚀情况。

2达克罗处理垫圈锈蚀原因初步分析

      金属锈蚀的原因一般主要是电化学腐蚀或空气蚀原因可能为:

    (1)达克罗涂层不符要求,达克罗表面涂层存在起泡、开裂、针孔和漏涂等缺陷,不能起到有效的经分析,达克罗表面处理过的锁紧垫圈出现锈防腐作用,造成氧化腐蚀。

    (2)达克罗处理的锁紧垫圈与不锈钢螺栓配合使用,由于2种金属材料的腐蚀电位不同,造成电位较低的弹簧钢垫圈更加容易溶解锈蚀。

3、试验验证及分析

    为了验证上述2种可能导致垫圈生锈的原因,主要从材质分析、外观低倍检测和盐雾对比试验进行检测和分析。

3.1 试验验证

3.1.1锁紧垫圈材质检验

      从运用现场拆下2个DAC320锁紧垫圈SKM12,通过打磨去掉基材表面的达克罗涂层,使用光谱仪检测基材的化学成分,测试结果如表1所示,满足GB/T1222 -2007中65Mn材料要求。

3.1.2锁紧垫圈低倍检验

    试验方式:随即抽取3个全新DAC320锁紧垫圈SKM12;经过简单的表面清洗(一片酸洗、一片清水冲洗、一片碱洗);通过肉眼和放大40倍的放大镜观察。观察发现垫圈表面光滑、呈银灰色,未发现垫圈表面有明显的裂纹、起泡等缺陷。

3.1.3锁紧垫圈盐雾对比试验

    试验方式:随机抽取4个全新DAC320锁紧垫圏SKM12,与该垫圈配合使用的A4-70螺栓、A4-80螺母各2个;将垫圈、螺栓、螺母分为2组,第 1组为2个单独使用的垫圈、第2组为垫圈与螺栓、螺母配合使用结构;将2组样品放人NaCl溶液浓度为5%的盐雾试验机内,试验温度为35T,采用间歇式 喷雾(喷5min、停10min);每隔一段时间观察一次试验进程,直到垫圈出现明显锈迹为止。

试验结果:

(1)试验开始前螺栓垫圈组件中的垫圈和单独的垫圈,表面呈银灰色,没有锈迹。
(2)试验24h后观察发现螺栓垫圈组件中的垫圈出现了少量锈斑,而单独的垫圈和试验前相比较无变化,如图1所示。
(3)试验48h后观察发现螺栓垫圈组件中的垫圈出现了明显锈斑,而单独的垫圈和试验前相比较无变化。
(4)试验72h后观察发现螺栓垫圈组件中的垫圈腐蚀严重,而单独的垫圈和试验前相比较基本无变化,如图2所示。

3.2试验结果分析

由2组垫圈的对比盐雾试验结果可知:
(1)单独检测经达克罗处理的垫圈抗腐蚀性能良好,经过72h盐雾试验未发生任何锈蚀;             
(2)与不锈钢螺栓配合使用时,它的抗腐蚀性能明显下降,经过24h盐雾试验就开始发生锈蚀。

达克罗处理的紧固件锈蚀原因分析及解决措施

      经分析,达克罗涂层中Zn的电位为-0.762,而不锈钢A4(0Cr17Ni14Mo2)的电位为正,两者之间存在着较大电位差,在水介质中会发生电偶 腐蚀。2种金属构成宏电池,产生电偶电流,使电位较低的达克罗涂层溶解加速(Zn=Zn2++2e)。当涂层溶解到一定程度后,锁紧垫圈的基材就暴露在潮 湿空气中,达克罗涂层就失去了它的防腐蚀功能,从而造成了弹簧钢(锁紧垫圈)的生锈。

      综上所述,表面达克罗处理的锁紧垫圈在使用过程中出现生锈问题的原因是:在紧固件选型过程中没有考虑到碳钢达克罗涂层和不锈钢的电位差较大,再加上使用环境恶劣,有水介质存在,造成腐蚀加速。

4、解决措施

      考虑到锁紧垫圈的使用环境较恶劣(室外),根据电偶腐蚀原理,同一机构中应尽可能用同一种金属,或者电位尽可能接近的两种金属,并用绝缘物使之隔开,避免产生电偶腐蚀。因此,确定采用不锈钢A4的锁紧垫圈替代弹簧钢垫圈。

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