Cıvatalar, somunlar, vidalarve diğer bağlantı elemanları, uzun süreli hizmet sonrasında-korozyonla bozulmaya karşı hassastır ve bu durum, mekanik bağlantıların stabilitesini ve güvenliğini olumsuz etkiler. Ürün tasarımı aşamasında mühendisler, korozyonu azaltmak, performans bozulmasını ve hizmet ömrü kaybını önlemek ve mekanik ekipmanın genel operasyonel güvenilirliğini garanti etmek için gerçek hizmet ortamlarına göre malzemeleri, yüzey kaplamalarını ve koruyucu kaplamaları dikkatli bir şekilde seçmelidir. Bu belge, bağlantı elemanları için yüzey kaplamalarının ortak korozyon modlarını, iç mekanizmalarını ve koruyucu ilkelerini sistematik olarak ele almakta ve bağlantı elemanı ürünlerinin malzeme seçimi ve-korozyon önleyici optimizasyonu için teknik destek sağlamaktadır.

1. Korozyonun Temel Kavramı

Metal korozyonu, ortam ortamıyla kimyasal veya elektrokimyasal etkileşimlerin neden olduğu metal alt katmanların yıkıcı bozunmasını ifade eder ve mekanik bağlantı elemanlarının en yaygın arıza modlarından biridir.

Saf kimyasal korozyon, bağlantı elemanları elektrik akımının katılımı olmadan doğrudan aşındırıcı kimyasal maddelerle temas ettiğinde meydana gelir. Örneğin, sızan akü elektroliti bağlantı elemanı yüzeylerini doğrudan aşındırabilir ve temel malzemelere zarar verebilir. Gerçek endüstriyel hizmetlerde, bağlantı elemanlarındaki korozyon arızalarının çoğu, tipik olarak çeliğin paslanması ve galvanik korozyon dahil olmak üzere dolaylı elektrokimyasal reaksiyonlardan kaynaklanır.

Bağlantı elemanlarındaki korozyon yayılımı dişlerin çürümesine benzer. Görünmeyen küçük kusurlardan kaynaklanır ve hızla yayılır, dişli bağlantıların yapısal bütünlüğünü kademeli olarak zayıflatır. Aşamalı korozyon metal alt tabakaları tüketir, mekanik mukavemeti azaltır ve sonuçta bağlantı elemanlarının gevşemesine veya kırılmasına yol açar. Ayrıca galvanik reaksiyonlar bitişik bağlı bileşenlerde korozyon hasarına da neden olabilir.

Korozyon, geleneksel mukavemet zayıflamasının yanı sıra iki özel arıza tipini tetikleyebilir. Birincisi, korozyon ve çekme geriliminin birleştirme etkisi altında hidrojen gevrekleşmesi gibi gerilim- kaynaklı korozyon arızalarıdır. İkincisi, aşınmış bölgelerde oluşan mikro çatlakların alternatif yükler altında sürekli olarak genişlediği ve sonunda bağlantı elemanlarının yorulma kırılmasına neden olduğu korozyon yorulma arızasıdır.

Yanlış malzeme seçimi kimyasal korozyonun temel nedenidir. Bağlantı elemanlarının aşındırıcı ortamlarda çözünmesi durumunda kimyasal korozyon meydana gelir. Örneğin sıradankarbon çelik cıvatalarhidroklorik asite maruz kaldığında hızla çözünecek ve paslanacaktır. Şiddetli ve öngörülebilir korozif ortamlar için, paslanmaz çelik ve nikel-bazlı alaşımlar gibi korozyona-dirençli alaşımlar tercih edilir. Bu arada, aşındırıcı ortamı temel olarak izole etmek ve kimyasal korozyonu önlemek için yoğun ve geçirimsiz koruyucu kaplamalar benimsenebilir.

Endüstriyel uygulamalarda bağlantı elemanı korozyonuna, daha hızlı yayılma hızı ve daha geniş hasar aralığı sunan, mikro kendiliğinden akımların neden olduğu elektrokimyasal korozyon hakimdir. Elektrokimyasal korozyon dört vazgeçilmez koşula dayanır: anot ve katot bölgeleri, iletken elektrolit ortam, potansiyel fark ve kapalı iletken döngüler. Tüm koşullar karşılandığında sürekli elektrokimyasal korozyon devam edecektir.

1.1 Karbon Çeliğinin Korozyon Mekanizması

Paslanma, çelik malzemeler için elektrokimyasal korozyonun en tipik ve temel şeklidir. Su damlacıkları çelik yüzeylere yapıştığında, çelik alt tabaka ile sulu elektrolit arasındaki arayüzde, mikro elektrik akımları üreten ve paslanma reaksiyonunu başlatan potansiyel bir fark oluşur. Oksidasyon reaksiyonları, demir atomlarının iyonize olduğu ve elektrolit içinde çözündüğü anot bölgelerinde meydana gelir. Buna uygun olarak, atmosferik oksijenin suyla reaksiyona girerek hidroksit iyonları ürettiği katot bölgelerinde indirgeme reaksiyonları meydana gelir.

Demir iyonları elektrolitteki hidroksit iyonlarıyla birleşerek bağlantı elemanı yüzeylerinde demir oksit birikintileri yani pas oluşturur. Nemli ortamlara uzun süre-süreli maruz kalma, döngüsel elektrokimyasal reaksiyonu sürdürür, bu da sürekli alt tabaka erozyonuna ve ilerleyen korozyon bozulmasına neden olur.

1.2 Galvanik Korozyon

Benzer olmayan metal korozyonu olarak da tanımlanan galvanik korozyon, tipik bir elektrokimyasal korozyon modudur. Genel elektrokimyasal korozyonla tutarlı olarak dört temel koşulu gerektirir: anot, katot, elektrolit ve potansiyel fark. Farklı elektrot potansiyellerine sahip iki farklı metal doğrudan temas halinde olduğunda kapalı bir korozyon döngüsü oluşur.

Birbirine benzemeyen iki metal elektrolite maruz bırakıldığında, elektrot potansiyeli yüksek olan metal katot görevi görürken, potansiyeli düşük olan metal anot görevi görür. Kapalı döngüde, anodik metalin atomları sürekli olarak iyonize olur ve tüketilir, bu da ilerleyen korozyon arızasına yol açar. İki metal arasında daha büyük bir potansiyel farkı galvanik korozyonu hızlandıracak ve ağırlaştıracaktır.

Galvanik seri tablosu, bağlantı elemanlarının korozyon önleyici tasarımı için-kritik bir kılavuzdur. Tablodaki her metalin konumu, elektrot potansiyel seviyesini temsil eder. İki metal seri halinde ne kadar ayrılırsa, potansiyel farkları o kadar büyük olur ve galvanik korozyon riski de o kadar yüksek olur. Örneğin magnezyum alaşımı ve platin serinin iki ucunda yer alıyor ve bu da onları uyumsuz bir montaj kombinasyonu haline getiriyor. Buna karşılık, benzer potansiyel değerlerine sahip metaller ihmal edilebilir elektrokimyasal reaksiyonlar üretir ve düşük korozyon riskine sahiptir.

Galvanik korozyonun ciddiyeti üç temel faktör tarafından belirlenir:

(1) Potansiyel fark: Galvanik serideki iki metalin aralığı doğrudan korozyon derecesini belirler. Alüminyum parçalar ve 316 paslanmaz çelik bileşenlerin kombinasyonu, karbon çeliği ve kalay parçaların eşleştirilmesinden daha şiddetli galvanik korozyona maruz kalır.

(2) Elektrolit aktivitesi: Daha yüksek iyon konsantrasyonu, elektrolitin iletkenliğini artırır ve korozyon reaksiyonlarını hızlandırır. Tuzlu su bol miktarda iyon içerir ve deiyonize suya göre çok daha aktif bir elektrolit görevi görür, bu da tuzlu ortamlarda daha hızlı galvanik korozyona yol açar.

(3) Katot-anot alanı oranı: Anoda göre daha büyük bir katot alanı, anodik korozyonu önemli ölçüde yoğunlaştırır. Örneğin, büyük paslanmaz çelik plakalar üzerine monte edilen küçük alüminyum bağlantı elemanları, küçük anot görevi görür ve elektrolit ortamlarda hızla paslanır. Tam tersine küçükpaslanmaz çelik bağlantı elemanlarıBüyük alüminyum plakalarla eşleştirilen küçük bir katot alanı oluşturur, temas kenarındaki korozyonu kısıtlar ve genel hasarı azaltır.

1.3 Sürtünme Korozyonu

Sürtünme korozyonu, genellikle yüksek-yük sürtünme koşullarında meydana gelen,-kimyasal olmayan ve-elektrokimyasal olmayan özel bir korozyon modudur. Birleşen yüzeyler arasındaki göreceli kayma ve sürekli sıkıştırma, bağlantı elemanlarının doğal koruyucu oksit filmlerini aşındırır. Yeni açığa çıkan taze metal alt tabaka doğrudan dış ortamla temas eder ve hızlı bir şekilde korozyona uğrar.

Paslanmaz çelik, alüminyum alaşımı ve titanyum alaşımından yapılan bağlantı elemanları aşınma korozyonuna karşı oldukça hassastır. Dayanma yüzeyleri ve diş birleşme alanları, korozyon direnci açısından tamamen koruyucu oksit filmlere bağlıdır. Oksit tabakaları aşındığında, alt tabaka sürekli ve ilerleyen korozyon hasarına maruz kalacaktır.

1.4 Aralık Korozyonu

Aralık korozyonu, gizli lokalize bir elektrokimyasal korozyon modudur. Dar metal boşluklarında, pahlarda, ark geçişlerinde, toz birikmesine ve su tutulmasına yatkın alanlarda oluşur. Dar boşlukların içindeki ve dışındaki elektrolit konsantrasyon farklılıkları, lokalize elektrokimyasal reaksiyonları tetikler ve iç metal yüzeylerde seçici korozyon hasarına neden olur.

Çatlak korozyonu lokaldir ve erken aşamada tespit edilmesi zordur; bu, uzun-dönemli birikimden sonra ciddi yapısal hasara yol açabilir. Bu arada, çatlak korozyonu sırasında üretilen çok sayıda atomik hidrojen, metal matris tarafından emilecek, bu da kolayca hidrojen gevrekleşmesine neden olacak ve bağlantı elemanlarının kırılma riskini artıracaktır.

1.5 Çukur Korozyonu

Çukurlaşma korozyonu, metal yüzeylerde küçük çukurlar oluşturan oldukça lokalize bir korozyon şeklidir. Başlangıçtaki bu mikro kusurlar yavaş yavaş derinleşir ve sürekli korozyon reaksiyonlarıyla belirgin makroskobik korozyon çukurlarına doğru genişler.

Diğer korozyon modlarıyla karşılaştırıldığında, oyuklanma korozyonunun hızlı bir arızaya neden olmadan bağlantı elemanlarının genel yapısal bütünlüğü ve mekanik performansı üzerinde sınırlı etkisi vardır. Temel mekanizması, bağımsız anodik bölgeler oluşturan, lokalize elektrokimyasal reaksiyonları tetikleyen ve sonunda derin korozyon çukurlarına dönüşen metal yüzeyindeki lokal oksijen eksikliğinde yatmaktadır.

2. Bağlantı Elemanlarının Koruma Mekanizmaları

Yukarıdaki korozyon mekanizmalarına dayanarak, korozyon koşullarını ortadan kaldırmak ve elektrokimyasal reaksiyonları bastırmak için hedeflenen yapısal optimizasyon ve proses koruma önlemleri benimsenebilir. Bağlantı elemanları için, optimum korozyon önleyici performansı elde etmek üzere bağımsız olarak veya kombinasyon halinde uygulanabilen dört temel-korozyon önleyici koruma mekanizması vardır.

2.1 Bariyer Koruma Mekanizması

Bariyer koruması en temel-korozyon önleme yöntemidir. Alt tabakayı aşındırıcı ortamdan izole etmek ve korozyonun yayılma yollarını engellemek için metal yüzey üzerine yoğun ve sürekli bir koruyucu kaplama kaplanır. Koruyucu etkisi tamamen kaplamanın bütünlüğüne bağlıdır. Sağlam kaplamalar uzun-dönemli, korozyona karşı-karşı koruma sağlar; çizikler, soyulmalar veya aşınma ise alt tabakayı açığa çıkaracak ve anında korozyona neden olacaktır. Tipik uygulamalar arasında boya filmleri ve diğer-metalik olmayan koruyucu kaplamalar yer alır.

2.2 Kurban Anot Koruma Mekanizması

Kurban anot koruma mekanizması, metal alt tabakayı korumak için tercihen korozyona uğrayan daha aktif bir yüzey kaplamasını benimser. Bu koruyucu etki yalnızca koruyucu kaplama tamamlandığında devam eder. Kaplama tamamen tüketildiğinde, alt tabaka açığa çıkacak ve korozyona uğrayacaktır. Elektro-galvanizli kaplama, bu mekanizmanın tipik bir uygulamasıdır; burada daha yüksek kimyasal aktiviteye sahip çinko, tercihen karbon çeliği alt katmanları korumak için korozyona uğrar.

2.3 Pasivasyon Katmanı Koruma Mekanizması

Pasivasyon koruması, metal yüzeylerde kendiliğinden oluşan inert, yoğun oksit filmlere dayanır. Kimyasal olarak stabil pasivasyon katmanı, harici aşındırıcı ortamı izole eder ve uzun-vadeli-korozyon önleme performansı sağlar.Bağlantı ElemanlarıPaslanmaz çelik, titanyum alaşımı ve alüminyum alaşımdan yapılmış olan bu ürünler, doğal pasivasyon filmleri sayesinde uzun süreli korozyon direncine ulaşır.

2.4 Kendini-iyileştiren Koruma Mekanizması

Kendi kendini-iyileştiren koruma, gelişmiş ve yüksek-güvenilirliğe sahip-korozyon önleyici bir teknolojidir. Koruyucu kaplamalara veya pasifleştirme filmlerine verilen hafif hasarlar, sürekli koruma performansını sürdürmek için doğal ortamlarda kendiliğinden onarılabilir. Uygulama kapsamı sınırlı olmasına rağmen, mükemmel-korozyon kararlılığı sağlar. Östenitik paslanmaz çeliğin pasifleştirme filmi, küçük hasarlardan sonra hızla yenilenebilen ve korozyon direncini geri kazandırabilen olağanüstü kendi kendini-iyileştirme kapasitesine sahiptir.

3. Sonuç

Bağlantı elemanları, hepsi yapısal bütünlüğe zarar veren ve bağlantı güvenilirliğini azaltan kimyasal korozyon, elektrokimyasal korozyon, sürtünme korozyonu, aralık korozyonu ve oyuklanma korozyonu dahil çok sayıda korozyon riskine maruz kalır. Bu nedenle mühendisler, mühendislik tasarımında ve pratik uygulamada servis koşullarına ve çevresel özelliklere göre potansiyel korozyon türlerini ve arıza risklerini tam olarak değerlendirmelidir. Makul malzeme seçimi, optimize edilmiş kaplama ve kaplama uyumu ve yapısal iyileştirme, korozyon arızasını etkili bir şekilde önleyebilir veya geciktirebilir, dişli bağlantıların uzun vadeli-stabilitesini ve mekanik ekipmanın güvenli çalışmasını sağlayabilir.