مقاله شماره ۱۳۵ | چرا پنجره ارزان قیمت اول از همه از محل پرچ زنگ میزند؟
مقاله شماره ۱۳۵ | چرا پنجره ارزان قیمت اول از همه از محل پرچ زنگ میزند؟
The اصطکاک پنجره باقی میماندانتظار میرود که سالها در شرایط سخت محیطی، عملکرد قابل اعتمادی داشته باشد. در معرض باران شدید، اسپری نمک ساحلی و چرخههای میعان، باید هم یکپارچگی ساختاری و هم ویژگیهای اصطکاکی کالیبره شده را حفظ کند. با این حال، تجربه میدانی به طور مداوم یک الگوی شکست قابل پیشبینی را در سختافزارهای ارزان قیمت نشان میدهد: خوردگی نه به طور مساوی در سراسر قطعه شروع میشود، بلکه با گزینشپذیری قابل توجهی در اتصالات پرچها همراه است. سر پرچها، ساقهها و فلز اطراف آن به مکانهای آندی تبدیل میشوند که در آنها زنگزدگی شکوفا میشود، در حالی که مناطق مجاور نسبتاً بدون تأثیر باقی میمانند. این محلیسازی نه تصادفی است و نه اجتنابناپذیر - این نتیجه مستقیم تصمیمات مهندسی خاص است که برای کاهش هزینه تولید گرفته شده است.
پرچ به عنوان یک سلول الکتروشیمیایی
یک پرچ دراصطکاک پنجره باقی میماندیک اتصال دائمی بین لایههای فلزی تشکیل میدهد که معمولاً بازوی اتصال را به کفشک کشویی یا براکت قاب را به قاب محکم میکند. فرآیند پرچ کاری شامل قرار دادن یک پین فلزی انعطافپذیر از طریق سوراخهای همتراز و تغییر شکل دم برای ایجاد یک سر دوم است که لایهها را تحت تنش کششی پسماند نگه میدارد. این امر شرایط دقیقی را برای خوردگی شکاف ایجاد میکند. سطح مشترک بین ساقه پرچ و دیواره سوراخ یک ناحیه مسدود شده - شکاف باریکی به قطر 0.05 تا 0.15 میلیمتر - تشکیل میدهد که در آن محیط شیمیایی محلی به طور چشمگیری از سطح توده جدا میشود. اکسیژن نمیتواند به طور مؤثر در این شکاف تنگ نفوذ کند و در حالی که انحلال فلز ادامه مییابد و یونهای فلزی اضافی تولید میکند، تخلیه میشود. یونهای کلرید از محیط خارجی برای حفظ خنثی بودن بار به داخل مهاجرت میکنند و کلریدهای فلزی را تشکیل میدهند که هیدرولیز میشوند تا اسید هیدروکلریک تولید کنند. pH درون شکاف میتواند به 2 یا 3 کاهش یابد و یک ریزمحیط اسیدی تهاجمی ایجاد کند که انحلال فلز را تسریع میکند. در همین حال، سطح خارجی مجاور شکاف، که هنوز در معرض اکسیژن است، به عنوان کاتد عمل میکند. این یک سلول خوردگی خودپایدار ایجاد میکند که در آن قسمت داخلی شکاف به صورت آندی حل میشود در حالی که قسمت بیرونی به صورت کاتدی محافظت میشود.
کوپلینگ گالوانیک: باتری پنهان
بودجهاصطکاک پنجره باقی میماندطرحها اغلب مشکل خوردگی شکافی را از طریق اتصال گالوانیکی ناخواسته تشدید میکنند. در اتصالات فولادی ضد زنگ با کیفیت، همه اجزا از یک درجه - معمولاً فولاد ضد زنگ آستنیتی 304 یا 316 - ساخته میشوند، بنابراین هیچ نیروی محرکه گالوانیکی قابل توجهی وجود ندارد. با این حال، مجموعههای ارزانتر، مواد را به گونهای جایگزین میکنند که جفتهای گالوانیکی قوی ایجاد میکنند. یک استراتژی رایج برای کاهش هزینه، از فولاد ضد زنگ برای ریل و بازوها استفاده میکند، اما پرچها را از فولاد کربنی یا آلیاژ آلومینیوم با روکش روی تشکیل میدهد. هنگامی که فلزات غیر مشابه در حضور الکترولیت - لایه رطوبت روی هر سطحی که در معرض هوای مرطوب قرار دارد - با هم تماس پیدا میکنند، یک سلول گالوانیکی ایجاد میشود. فلز الکترونگاتیوتر به عنوان آند عمل میکند و ترجیحاً دچار خوردگی میشود. در سری گالوانیکی، روی تقریباً در -1.0 ولت نسبت به الکترود کالومل اشباع قرار میگیرد، در حالی که فولاد ضد زنگ غیرفعال 304 در نزدیکی -0.05 تا +0.10 ولت قرار میگیرد. یک پرچ فولادی با روکش روی که دو بازوی فولادی ضد زنگ را به هم متصل میکند، به دلیل نسبت نامطلوب مساحت کاتد به آند، به یک آند فداشونده با چگالی جریان گالوانیکی بسیار بالا تبدیل میشود - یک آند کوچک متصل به یک کاتد بزرگ، بدترین حالت برای خوردگی گالوانیکی را نشان میدهد.
ترک خوردگی تنشی در دم پرچ
فرآیند پرچ کاری در یکاصطکاک پنجره باقی میماندتنشهای کششی پسماند ایجاد میکند که مکانیسم تخریب سومی را ممکن میسازد: ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی. در حین نصب، دم پرچ تغییر شکل پلاستیکی میدهد و ساقه را تحت تنش کششی پسماند قابل توجهی در شعاع انتقالی که ساقه به سر تشکیل شده میرسد، قرار میدهد. در فولادهای زنگ نزن آستنیتی، ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی نیاز به تنش کششی بالاتر از یک آستانه، یک محیط خورنده غنی از کلرید و یک ریزساختار مستعد دارد. شکاف در فصل مشترک سوراخ پرچ، محیط کلرید را فراهم میکند. تنش کششی پسماند ناشی از پرچ کاری، نیروی محرکه مکانیکی را فراهم میکند. و ویژگیهای ریزساختاری - مرزهای دانه حساس شده ناشی از عملیات حرارتی نامناسب یا مارتنزیت ناشی از کرنش در فولاد زنگ نزن سری 300 کار سرد شده - حساسیت متالورژیکی را فراهم میکنند. ترکها در امتداد مرزهای دانه یا صفحات شکاف بین دانهای منتشر میشوند و از ریشه شکاف که غلظت تنش و کلرید هر دو به اوج خود میرسند، شروع میشوند. از آنجا که این ترکها در داخل اتصال پنهان هستند، میتوانند قبل از تشخیص، به بخش قابل توجهی از سطح مقطع پرچ گسترش یابند. یک پرچ که از بیرون سالم به نظر میرسد، ممکن است ۵۰ درصد یا بیشتر از سطح تحمل بار خود را از دست داده باشد و یک شکست پنهان ایجاد کرده باشد که منتظر یک تندباد است تا باعث شکستگی کامل شود.
نقصهای پرداخت سطح و غیرفعالسازی
وضعیت سطح پرچها دراصطکاک پنجره باقی میماندبه طور قاطع بر شروع خوردگی تأثیر میگذارد. پرچهای فولادی ضد زنگ با کیفیت، تحت عمل پسیواسیون قرار میگیرند - یک عملیات شیمیایی با استفاده از اسید نیتریک یا سیتریک که آهن آزاد را حذف میکند و تشکیل یک لایه پسیو یکنواخت اکسید کروم را تقویت میکند. این لایه به فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر خوردگی میدهد و سرعت خوردگی را سه تا پنج برابر کاهش میدهد. پسیواسیون همچنین ذرات میکروسکوپی آهن جاسازی شده در حین ماشینکاری را که در غیر این صورت به عنوان آندهای گالوانیک موضعی عمل میکردند، حذف میکند. تولیدکنندگان ارزان قیمت اغلب پسیواسیون را حذف میکنند تا زمان پردازش و هزینههای شیمیایی را کاهش دهند. پرچهای پسیو نشده، آلودگی سطحی و یک لایه اکسید مختل شده را حمل میکنند که مکانهای شروع متعددی را برای خوردگی موضعی فراهم میکند. وضعیت زمانی بدتر میشود که فرآیندهای پرداخت مکانیکی - غلتاندن، پرداخت بشکهای یا تمیز کردن سایشی - جایگزین پسیواسیون شیمیایی شوند. این فرآیندها ذرات ساینده را در خود جای میدهند، سطح را سخت میکنند و یک لایه مختل شده و تحت تنش ایجاد میکنند که از نظر الکتروشیمیایی فعالتر از فلز زیرین است.
راهکارهای طراحی و انتخاب مواد
جلوگیری از خوردگی زودرس پرچ در ...اصطکاک پنجره باقی میماندنیاز به انتخاب مواد مناسب و طراحی آگاهانه در برابر خوردگی دارد. برای محیطهای ساحلی، تمام اجزا از جمله پرچها باید از فولاد ضد زنگ آستنیتی 316 با محتوای مولیبدن 2.0 تا 2.5 درصد ساخته شوند و حداقل PREN 25 را ارائه دهند. تمام اجزای ضد زنگ باید پس از اتمام عملیات ماشینکاری غیرفعال شوند. طراحی اتصال پرچ باید شامل ویژگیهای ضد رطوبت باشد: پرچهای آببندی شده با واشرهای آببندی، مهارکنندههای خوردگی جابجایی رطوبت که در حین مونتاژ اعمال میشوند، یا ترکیبات قفل کننده رزوه بیهوازی که در شکاف خشک میشوند و از ورود رطوبت جلوگیری میکنند. نسبت سطح کاتد به آند باید با اطمینان از سازگاری الکتروشیمیایی همه اجزا مدیریت شود. نگهداری منظم - تمیز کردن با آب شیرین برای از بین بردن رسوبات کلرید و استفاده از روان کننده محافظ سبک برای سر پرچهای در معرض دید - میتواند عمر مفید را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
نتیجهگیری
خوردگی پرچها در یک وسیله ارزان قیمتاصطکاک پنجره باقی میماندیک نتیجه قطعی الکتروشیمیایی از تصمیمات خاص برای کاهش هزینه است. اتصال پرچ ذاتاً هندسه شکافی ایجاد میکند که حمله کلرید را متمرکز میکند. جایگزینی مواد، جفتهای گالوانیکی را ایجاد میکند که باعث انحلال ترجیحی پرچ میشوند. حذف پسیواسیون، آلودگی سطحی را به جا میگذارد که خوردگی موضعی را هستهزایی میکند. تنشهای باقیمانده از پرچکاری، شرایطی را برای ترک خوردگی تنشی پنهان ایجاد میکنند. برای تعیینکننده، خرابی پرچ در عرض سه تا پنج سال در یک نصب ساحلی، هزینههای جایگزینی - داربست، نیروی کار و اختلال - را متحمل میشود که هرگونه صرفهجویی اولیه در خرید را کوچک جلوه میدهد. پرچ، که در نقشه محصول بسیار کوچک است، ثابت میکند که جزئی است که در آن مهندسی خوردگی با واقعیت سخت محیط نصب شده روبرو میشود.
