Introdução detalhada aos tratamentos de superfície para parafusos de alta resistência e resistentes à corrosão

A seleção adequada do tratamento de superfície é crítica no projeto e seleção dos fixadores. Uma ampla variedade de processos de tratamento de superfície está disponível parafixadores. Os projetistas devem selecionar soluções econômicas e compatíveis de acordo com as condições operacionais, requisitos de resistência à corrosão, desempenho de montagem, temperatura ambiente, padrões de proteção ambiental e orçamentos de custos. A maioria dos fixadores comerciais são feitos de aço carbono ou liga de aço, que são suscetíveis à corrosão. Mesmo os fixadores fabricados com materiais resistentes à corrosão requerem tratamento de superfície para isolar meios corrosivos e retardar a oxidação.

Os revestimentos dos fixadores devem apresentar forte adesão, não descascar durante a montagem e desmontagem e ter espessura apropriada que não interfira no engate da rosca. Além disso, o limite de resistência à temperatura da maioria dos revestimentos é inferior ao do material de aço base; portanto, a temperatura de serviço deve ser considerada durante a seleção. Além da aparência e das funções anticorrosivas, o tratamento de superfície afeta muito o desempenho de fixação dos fixadores, especialmente a consistência da força de pré-carga de torque. O design profissional equilibra de forma abrangente a resistência à corrosão, a capacidade de fabricação da montagem, a estabilidade operacional e a conformidade ambiental. Este artigo apresenta os principais processos de tratamento de superfície para fixadores de alta resistência e resistentes à corrosão.

1. Eletrogalvanização

A eletrogalvanização é o revestimento mais utilizado para fixadores comerciais. É econômico, tem aparência elegante e está disponível em vários acabamentos, incluindo zinco branco, zinco amarelo, zinco preto e verde-oliva. No entanto, oferece resistência à corrosão relativamente fraca entre os revestimentos à base de zinco. A vida útil da névoa salina neutra (NSS) da eletrogalvanização convencional é de 72 horas. Com agentes de vedação avançados, a resistência à névoa salina pode exceder 200 horas, mas o custo é 5 a 8 vezes maior do que a galvanização comum.

O processo de galvanoplastia causa facilmente fragilização por hidrogênio. Conseqüentemente, parafusos de alta resistência de Grau 10.9 e acima são geralmente proibidos de eletrogalvanização comum. Embora a desidrogenação por cozimento seja viável, o filme de passivação será danificado acima de 60 graus. Assim, a desidrogenação deve ser realizada após a galvanoplastia e antes da passivação, resultando em operação complicada e alto custo. A maioria dos fabricantes não realiza a desidrogenação, a menos que seja especialmente solicitado pelos clientes.

Os fixadores eletrogalvanizados apresentam consistência de pré-carga de torque pobre e instável, por isso geralmente não são usados ​​para conexões estruturais críticas. O revestimento lubrificante após o revestimento pode ser aplicado para melhorar a estabilidade do torque e a consistência da pré-carga.

2. Fosfatação

A fosfatação é mais barata que a eletrogalvanização, mas oferece menor resistência básica à corrosão. Deve ser vedado a óleo para proteção eficaz. O óleo antiferrugem comum fornece apenas 10 a 20 horas de resistência NSS, enquanto o óleo antiferrugem de alta qualidade pode estendê-la para 72 a 96 horas a um custo 2 a 3 vezes maior.

Dois tipos principais de fosfatização são aplicados aos fixadores: fosfatação de zinco e fosfatização de manganês. A fosfatação de zinco oferece excelente lubricidade para montagem precisa, enquanto a fosfatação de manganês oferece resistência superior à corrosão e ao desgaste com uma faixa de temperatura operacional de 107 graus a 204 graus (225 graus F a 400 graus F).

A maior vantagem da fosfatização é a excelente consistência de pré-carga de torque, garantindo uma pré-carga de montagem estável e precisa. É amplamente utilizado em conexões industriais críticas, como montagens de estruturas de aço, parafusos de bielas de motores, parafusos de cabeçotes, fixadores de rolamentos principais, parafusos de volante e rodas. Além disso, a fosfatização não causa fragilização por hidrogênio, tornando-a o tratamento de superfície padrão para parafusos de alta resistência de Grau 10.9 e superiores.

3. Oxide Blueing (revestimento de óxido preto)

Blueing plus oil seal é o tratamento de superfície de menor custo para fixadores industriais com aparência elegante, adequado para ambientes internos secos. O filme de óxido preto em si quase não tem capacidade anticorrosiva e depende totalmente da proteção superficial contra óleo. Sem óleo, a superfície enferruja rapidamente. A resistência NSS dos fixadores azuis selados a óleo é de apenas 3 a 5 horas.

Os fixadores azuis têm baixa consistência de pré-carga de torque. A graxa lubrificante aplicada nas superfícies das roscas antes da montagem pode melhorar a qualidade do engate e a estabilidade da pré-carga.

4. Revestimento de cádmio

O revestimento de cádmio oferece excelente resistência à corrosão, especialmente desempenho superior de névoa salina em ambientes marinhos em comparação com tratamentos convencionais. No entanto, o seu tratamento de águas residuais é difícil e ambientalmente perigoso, com custos de produção extremamente elevados, aproximadamente 15 a 20 vezes superiores aos da eletrogalvanização. É adotado apenas para condições extremas de serviço, como plataformas de perfuração offshore e fixadores aeroespaciais, e raramente é usado em indústrias em geral. O revestimento de cádmio também induz fragilização por hidrogênio e não é adequado para ultra-parafusos de alta resistência.

5. Cromagem

Os revestimentos de cromo são quimicamente estáveis ​​em ambientes atmosféricos com excelente retenção de brilho, alta dureza e superior resistência ao desgaste. Nos fixadores, a cromagem é usada principalmente para fins decorativos. Raramente é usado para aplicações anticorrosivas pesadas devido ao alto custo comparável ao aço inoxidável. É aplicado apenas quando o aço inoxidável não atende aos requisitos de resistência.

O cromagem requer camadas de cobre e níquel para garantir adesão e resistência à corrosão. O revestimento pode suportar altas temperaturas de até 650 graus (1200 graus F), mas a fragilização por hidrogênio continua sendo um risco potencial para parafusos de alta resistência.

6. Revestimento de prata e revestimento de níquel

O chapeamento de prata oferece resistência à corrosão e lubrificação sólida. Ele mantém um desempenho estável em temperaturas de até 870 graus (1600 graus F) e evita efetivamente a oxidação e o gripagem da linha sob condições de alta temperatura. Devido a restrições de custo, é usado principalmente para porcas e pequenos parafusos de precisão em equipamentos de alta temperatura.

O revestimento de níquel é usado principalmente em cenários que exigem resistência à corrosão e condutividade elétrica, como fixadores de terminais para baterias de veículos.

7. Galvanização por imersão a quente (HDG)

A galvanização por imersão a quente é um revestimento de zinco por difusão térmica de alta temperatura com espessura de 15 a 100 μm e excelente resistência à corrosão, amplamente utilizado em equipamentos pesados ​​de engenharia externa. Sofre de baixa uniformidade de espessura e severa poluição ambiental causada por resíduos de zinco e vapor de zinco durante a produção.

O revestimento espesso geralmente causa emperramento da linha e dificuldade de engate. As soluções comuns incluem rosquear as roscas internas após a galvanização (que danifica o revestimento parcial e reduz a resistência à corrosão) ou pré-aumentar os furos das roscas das porcas em 0,16 a 0,75 mm (para M5–M30) antes da galvanização (o que reduz ligeiramente a resistência estrutural). O design de rosca anti-afrouxamento da Spiralock pode resolver esse problema acomodando revestimentos espessos enquanto mantém total resistência à corrosão e resistência mecânica.

Devido à alta temperatura de processamento alterando a estrutura metalográfica doparafusos tratados termicamente, a galvanização por imersão a quente é proibida para fixadores de grau 10.9 e superior.

8. Difusão de zinco em pó

A difusão de zinco em pó é um processo de difusão térmica metalúrgica de estado sólido que forma revestimentos uniformes em superfícies complexas, como roscas e furos cegos. A espessura do revestimento varia de 10 a 110 μm com erro de espessura controlado em 10%. Entre todos os tratamentos à base de zinco, oferece a mais alta resistência de ligação e estabilidade à corrosão com poluição zero e sem fragilização por hidrogênio, ideal para fixadores de alta precisão, alta resistência e alta resistência à corrosão.

9. Revestimento Dacromet

Dacromet (revestimento de zinco-cromo) apresenta risco zero de fragilização por hidrogênio e excelente consistência de pré-carga de torque. Ele fornece resistência superior à névoa salina, estabilidade em altas temperaturas e resistência à corrosão química, além de prevenir eficazmente a corrosão galvânica e a fragilização oxidativa causada pelo contato de metais diferentes. Excluindo as restrições ambientais do cromo hexavalente, é um dos melhores tratamentos de superfície para fixadores de alta resistência que exigem extrema resistência à corrosão.

As classes Dacromet comuns incluem 9028, G917 e G980, disponíveis em acabamentos prateado e preto. O grau 9028 é uma fórmula econômica para proteção convencional contra corrosão; O G917 oferece excelente resistência química para ambientes de meios complexos; O G980 oferece excelente resistência a altas temperaturas para serviço contínuo acima de 200 graus.

Em conformidade com as diretivas ambientais ELV, WEEE e RoHS, o Dacromet é amplamente aplicado nas indústrias automotiva, de eletrodomésticos e de construção. É adequado para componentes altamente corrosivos e de alta temperatura, como proteções térmicas de escapamento automotivo, radiadores, peças de chassis, medidores de gás e equipamentos marítimos.