패스너연결을 고정하는 데 사용되는 기계 장비의 가장 일반적인 구성 요소이며 모두 특정 환경에서 사용됩니다. 패스너와 환경 사이의 장기적인-상호작용은 항상 상태와 성능을 변화시킵니다. 즉, 패스너 파손의 주요 형태 중 하나인 부식이 발생합니다. 패스너의 가벼운 부식은 나사산의 분리성과 재사용성에 영향을 미치며, 심각한 부식은 부품 간의 연결 강도를 손상시키고 심지어 공작물의 갑작스러운 파손 및 치명적인 사고로 이어질 수도 있습니다. 그러므로 패스너의 부식 방지는-항상 큰 관심사였습니다.
패스너에 대한 일반적인{0}}부식 방지 기술
패스너의 부식 방지 처리는 일반적으로 외부 환경이 패스너 자체에 영향을 미치는 것을 방지하고 내식성 효과를 얻기 위해 특정 방법을 통해 공작물 표면에 코팅 또는 부식 방지층을 형성합니다. 패스너에 사용되는 일반적인 부식 방지 기술로는 필름 처리 기술, 금속 도금 기술, 코팅 기술, 금속 내부 구조 변경(스테인레스강 등) 등 4가지가 있습니다.
1. 필름 처리 기술
피막처리 기술은 주로 화학적 또는 전기화학적 방법을 이용하여 금속 표면에 안정적인 화학적(전기화학적) 변환 피막을 생성하는 공정을 말합니다. 예를 들어 도시철도 차량의 경우 체결부품의 필름처리로 흑화/청색처리, 인산염 처리 등이 널리 사용되고 있다.
1.1 흑화 및 청색화
철재부품을 산화제가 함유된 농알칼리성 용액에 넣고 140도 정도에서 일정시간 처리하여 철강부품 표면에 화학적 산화피막(주로 Fe₃O₄로 구성)을 형성하는 공정을 흑화/청화처리라 한다.
흑화/청색 처리의 기술적 특성:
1) 필름 두께는 0.5-1.5μm입니다.
2) 중성 염수 분무 시험(NSS) 시간은 일반적으로 2~5시간에 불과하며 이때 산화 피막이 깨져 녹이 많이 발생합니다.
3) 낮은 수소 취성 민감도는 다음 용도로 사용될 수 있습니다.고강도-볼트.
4) 패스너로서 토크-예압 일관성이 좋지 않습니다.
5) 색상이 밝고 장식효과가 좋다.
6) 저렴한 비용.
1.2 인산염 처리
망간, 인산, 인산염 및 기타 시약이 포함된 용액에 철 부품을 담가서 금속 표면에 수-불용성 인산염 전환막을 형성하는 과정을 인산염 처리라고 합니다. 인산염 처리의 기술적 특징은 다음과 같습니다.
1) 필름이 기판과 견고하게 결합됩니다(두께 1~50μm).
2) 중성 염수 분무 테스트(NSS) 시간은 10~20시간에 달할 수 있으며, 일부는 72시간에 달할 수도 있습니다.
3) 기계적 강도가 약하고 질감이 부서지기 쉽다.
4) 패스너로서 토크-예압 일관성이 좋습니다.
5) 색상이 연한 회색 등으로 어둡고, 장식효과가 떨어진다.
6) 낮은 수소 취성 민감도는 고강도 볼트에 사용될 수 있습니다.-
7) 저렴한 비용.
2. 도금기술
금속도금기술은 금속재료에 장식적 또는 보호적 특성을 부여하기 위한 도금기술을 이용하여 주로 금속재료의 표면에 얇은 금속층을 형성하는 표면처리 공정이다. 도시철도 차량의 체결부품용 금속도금 기술은 주로 아연도금과 기타 특수금속도금(크롬도금, 니켈도금, 카드뮴도금, 은도금 등)이 적용됩니다.
2.1 아연도금
아연과 철은 혼합 가능하며 표준 전극 전위는 -0.76V입니다. 강철 기판의 경우 아연 코팅은 강철 기판을 더 잘 보호할 수 있는 양극 코팅입니다. 따라서 아연 도금 기술은 패스너에 매우 널리 사용됩니다. 일반적인 아연 도금 방법에는 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 기계적 아연 도금의 세 가지가 있습니다.
2.1.1 용융-딥 아연도금
용융 아연 도금은 강철 부품을 용융된 액체 아연에 담그고 가공물 표면에서 일련의 물리적, 화학적 반응을 일으켜 금속 아연 코팅을 형성하는 공정을 말합니다. 용융아연도금의 두께는 비교적 두껍고(최대 30~60μm) 내식성이 우수합니다. 옥외에서 오랫동안 사용되는 철재 부품(예: TV 타워, 고속도로 가드레일 등)에 널리 사용됩니다. 패스너의 경우 용융 아연 도금은 일반적으로 M6 이상의 볼트에 적용 가능하지만 고강도 패스너에는 사용할 수 없습니다.{10}} 주된 이유는 용융 아연도금 공정의 작동 온도가 비교적 높기 때문입니다(400도 ~500도). 이는 고강도 패스너의 조질 연화를 일으키고 강도를 감소시키기 쉽습니다.-
2.1.2 전기 아연 도금
전기아연도금은 전기분해 원리를 사용하여 강철 부품 표면에 균일하고 조밀하며 잘 결합된 아연 코팅을 형성하는 것입니다.- 아연전기도금층의 두께는 비교적 얇으며(5~30μm), 내식성은 아연도금 방청처리 중 가장 나쁘다. 그러나 공정이 간단하고 비용이 저렴하며 나사 결합에 영향을 거의 미치지 않으므로 패스너에 널리 사용됩니다. 전기아연도금은 수소 취성 민감도가 높고 수소를 완전히 제거하기 어렵기 때문에(온도가 100도 이상일 때 전기아연도금층이 벗겨지거나 떨어져 나갈 수 있음) 전기아연도금은 고강도 패스너에 사용할 수 없습니다.-
2.1.3 기계적 아연도금
기계적 아연 도금은 아연 분말, 분산제, 촉진제 등의 화학 물질의 작용으로 강철 부품의 표면에 충격 매체를 충격시켜 강철 부품이 아연 코팅을 형성하는 표면 처리 공정을 말합니다. 기계적 아연도금층의 두께는 일반적으로 5~50μm입니다. 코팅 표면은 조밀하고 균일하며 장식 효과가 좋고 내식성이 우수합니다. 또한, 용융 아연 도금 및 전기 아연 도금에 존재하는 고온 템퍼링 및 수소 취화와 같은 단점이 -없으므로 패스너의 부식 방지에 특히 적합한 표면 처리 공정입니다.-
2.2 기타 금속 도금
2.2.1 크롬 도금
금속 코팅으로서 크롬은 접착력이 강하고 내마모성이 좋으며 장식 효과가 뛰어나고 내열성이 높습니다 (일반적으로 500도 이하에서 사용 가능). 따라서 패스너의 금속 코팅으로 크롬 코팅을 사용하는 것이 매우 이상적입니다.
크롬 도금의 주요 단점은 다음과 같습니다.
1) 공정이 복잡하며, 크롬 도금 전에 니켈이나 구리를 먼저 도금해야 합니다.
2) 높은 가격.
3) 크롬 코팅은 단단하고 부서지기 쉬우며 떨어지기 쉽습니다.
2.2.2 니켈 도금
금속 코팅으로서 니켈은 전기 전도성이 좋고 경도가 높으며 장식 효과가 좋고 내열성이 우수하므로 (일반적으로 600도 이하에서 사용 가능) 패스너에 니켈 도금을 사용하는 것도 이상적입니다.
니켈 도금의 주요 단점은 다음과 같습니다.
1) 공정이 복잡하고, 니켈 도금 전 구리 도금을 먼저 해야 합니다. (원래 '크롬 도금 전'은 오타입니다.)
2) 니켈 코팅은 다공성이므로 코팅이 얇을수록 매트릭스 부식이 가속화됩니다.
3) 높은 가격.
2.2.3 카드뮴 도금
금속 코팅으로서 카드뮴은 강한 염산 내식성, 낮은 수소 취성 및 우수한 장식 효과를 갖는 양극 코팅입니다. 특히 해양 환경에서 사용되는 패스너(예: 해양 항공기 및 석유 시추 플랫폼의 패스너)에 적합합니다.
카드뮴 도금의 주요 단점은 다음과 같습니다.
① 환경오염이 심하다. 카드뮴이 녹을 때 생성되는 가스와 가용성 카드뮴염은 독성이 있습니다.
② 가격이 높다.
2.2.4 은도금
금속 코팅으로서 은은 전기 전도성, 반사 성능, 윤활성, 내열성이 우수합니다(일반적으로 870도 이하에서 사용 가능). 따라서 은도금은 전자 및 전기 공학, 고주파 부품(예: 발전기 전도성 볼트, 차량 배터리 콘센트 단자)과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
은도금의 주요 단점은 다음과 같습니다.
① 공정이 복잡하고, 은도금 전에 구리도금을 먼저 해야 합니다.
② 가격이 너무 비싸요.
2.2.5 아연-니켈 도금
아연{0}}니켈 복합 코팅은 아연 도금 표면 처리 기술을 기반으로 개발된 새로운 유형의 합금 금속 코팅으로 다음과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다.
1) 중성염수분무시험(NSS) 시간은 500~1500시간에 달할 수 있습니다.
2) 코팅의 전극 전위는 Fe와 Zn 사이에 있어 알루미늄 부품과의 조립에 더 적합합니다.
3) 코팅 경도가 높고 장식 효과가 좋습니다.
4) 수소취성이 거의 없어 다양한 용도로 사용 가능고강도-패스너.
5) 내열성이 좋다(일반적으로 800도 이하에서 사용 가능. 원래 "8009C"는 오타임).
아연{0}니켈 코팅의 가장 큰 단점은 가격이 비싸다는 점(일반 아연도금 대비 약 6배)이지만 우수한 종합 성능이 점점 더 널리 인정받고 있습니다.
3. 코팅 기술
코팅 기술은 특정 장비와 방법을 통해 물체의 표면에 특정 코팅을 적용하여 표면에 치밀하고 연속적이며 균일한 피막을 형성한 후 이를 자연적 또는 인공적인 방법으로 건조 및 경화시켜 보호용 또는 장식용 코팅을 형성하는 표면 처리 기술입니다.
패스너 분야에서 가장 널리 사용되는 코팅 기술은 아연-크롬 코팅 기술로, 이는 강철 부품에 아연-크롬 코팅을 적용하고 Dacromet 처리라고도 알려진 완전 폐쇄-회로 사이클 코팅을 통해 베이킹하여 강철 부품의 표면에 형성되는 코팅입니다. 그것에는 뒤에 오는 우수한 특성이 있습니다:
1) 중성염수분무시험(NSS) 시간은 500~1000시간에 달할 수 있습니다.
2) 통기성이 좋다.
3) 수소 취화 민감도가 없습니다.
4) 환경오염이 낮다.
5) 패스너로서 토크-예압 일관성이 매우 좋습니다.
6) 적당한 가격 (일반 아연 도금 가격의 약 2 배).
Dacromet 치료의 주요 단점은 다음과 같습니다.
1) 내마모성이 좋지 않습니다(경도가 1H에 불과함).
2) 단일 색상(은백색 및 은회색만), 장식 효과가 좋지 않습니다.
3) 전기 전도성이 좋지 않아 전도성 연결 부품에는 적합하지 않습니다.
4. 강의 미세조직 변화
4.1 구성 변경(스테인리스강 등)
스테인레스강(Stainless Steel)은 스테인레스 내산성강(Stainless Acid{0}}Resistant Steel)의 약자로 내식성이 우수하고 장식효과가 뛰어나 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 현재 일반적으로 스테인레스 강의 내식성 메커니즘은 주로 다음과 같다고 믿어집니다.
1) Cr 함량이 13%를 초과하면 강철의 전극 전위가 음전위에서 양전위로 상승하여 강철 매트릭스 자체를 "불활성"으로 만듭니다.
2) Cr은 강철 표면에 조밀한 Cr-풍부 부동태 피막을 형성하여 매트릭스를 더욱 보호합니다.
3) 스테인레스강은 미세조직에 따라 마르텐사이트강, 페라이트강, 오스테나이트강, 오스테나이트-페라이트계 스테인레스강 등으로 구분됩니다. 그 중 오스테나이트계 스테인리스강은 A2, A4계열 스테인리스강과 같이 내식성이 가장 우수합니다.
스테인레스 스틸에는 주로 다음과 같은 결함이 있습니다.
① 낮은 항복 강도(일반적으로 300MPa 이하)로 주요 구조 부품의 연결에 적합하지 않습니다.
② 나사산 고착 경향 : 스테인레스 스틸 볼트를 조일 때 나사산 표면이 손상되기 쉽고 이때 자발적으로 산화물 층이 생성되어 볼트 접착 및 잠금이 더욱 악화됩니다.
③ 입계 부식에 취약함: 특정 온도에서 스테인리스강의 C와 Cr은 특히 입계 근처에서 화합물을 형성하여 입계에 "Cr-고갈 영역"이 나타나 입계 부식을 유발합니다.
④ Cl⁻ 매체에 대한 내식성이 좋지 않습니다(A4 스테인레스 스틸 제외).
⑤ 가격이 비싸다(Dacromet 처리비의 약 4배).
4.2 열처리 상태의 변화
강철 재료는 주로 다상 구조입니다(불순물, 탄화물, 금속간 화합물 및 기타 2차 상은 일반적으로 강철의 음극으로 존재하는 반면 Fe 매트릭스는 양극으로 작용합니다). 다상 구조의 각 상 사이에는 전위차가 있어 부식 마이크로셀이 형성됩니다. 두 번째 단계는 양극 부동태화 단계 또는 음극 용해 단계일 수 있으며, 둘 다 매트릭스의 내식성에 영향을 미칩니다.
스테인리스강을 예로 들면 용접 및 열처리 공정에는 각별한 주의가 필요합니다. 고온-용체화 처리 후 스테인레스강을 400도에서 850도 사이에서 가열하면 Cr2₃C₆ 및 Cr₇C₃ 탄화물이 결정립계를 따라 석출되어 결정립계 근처에 Cr-고갈 영역이 형성됩니다. 탄화물은 부식셀의 음극 역할을 하고, Cr-이 결핍된 부분은 부식셀의 양극 역할을 하여 입계 부식을 일으키고 스테인리스강의 내식성을 크게 저하시킵니다.
