MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2011

PETR RÁČEK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Korozní odolnost šroubů s povrchovou ochranou Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

Ing. Jiří Votava, Ph.D.

Bc. Petr Ráček

Brno 2011

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma „Korozní odolnost šroubů s povrchovou ochranou“ vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

dne: ................................................... podpis diplomanta: ...........................

Poděkování Děkuji panu Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za vedení a cenné připomínky během zpracování diplomové práce.

ABSTRAKT Diplomová práce s názvem „KOROZNÍ ODOLNOST ŠROUBŮ S POVRCHOVOU OCHRANOU“ v teoretické části popisuje druhy koroze dělené podle způsobu korozního napadení (koroze bodová, důlková, mezikrystalová atd.). Dále jsou popsány jednotlivé technologie protikorozní ochrany a jako poslední jsou popsány povrchové a protikorozní úpravy šroubů dostupných na trhu. V experimentální části jsou popsány zrychlené korozní zkoušky pevnostních šroubů M8x30 s protikorozní povrchovou ochranou na bázi zinku. Zkoušky se uskutečnily na Ústavu techniky a automobilové dopravy Mendelovy univerzity v Brně, kde se nachází korozní zkušebna. Šrouby byly podrobeny zkoušce ve třech typech korozních komor, a to v komoře kondenzační, komoře SO2 a komoře se solnou mlhou. Klíčová slova: šroub, koroze, ochranný povlak, zinek

ABSTRACT The master thesis called „THE CORROSION RESISTANCE OF SCREWS WITH SURFACE PROTECTION“ describes the types of corrosion divided by the way of corrosion attack (point corrosion, pitting corrosion, intercrystal corrosion, etc.) in first chapter of the theoretical part. The following chapter describes individual technologies of anticorrosion protection and in the end are described surface and anticorrosion adjustments of screws available on the market. The experimental section describes the accelerated corrosion tests of strength screws M8x30 with corrosion protection of zinc base. Tests were realized in corrosion test room at the Department of Engineering and Automobile Transport of Mendel University in Brno. Screws were tested in three types of corrosion chambers: condensation chamber, salt fog chamber and SO2 chamber. Key words: screw, corrosion, protective coating, zinc

OBSAH 1.

ÚVOD ....................................................................................................................... 8

2.

CÍL PRÁCE ............................................................................................................. 9

3.

DRUHY KOROZE DLE ZPŮSOBU KOROZNÍHO NAPADENÍ .................. 10

3.1.

Koroze rovnoměrná ............................................................................................. 10

3.2.

Koroze nerovnoměrná.......................................................................................... 10

3.2.1.

Bodová koroze .............................................................................................. 10

3.2.2.

Důlková koroze ............................................................................................ 11

3.2.3.

Mezikrystalová koroze ................................................................................. 11

3.2.4.

Transkrystalová koroze ................................................................................ 12

3.2.5.

Štěrbinová koroze ......................................................................................... 12

3.2.6.

Selektivní koroze .......................................................................................... 13

TECHNOLOGIE KOROZNÍ OCHRANY ......................................................... 13

4. 4.1.

Protikorozní ochrana volbou materiálu................................................................ 13

4.2.

Protikorozní ochrana ochrannými povlaky .......................................................... 14

4.3.

Protikorozní ochrana úpravou prostředí .............................................................. 15

4.3.1.

Destimulace .................................................................................................. 15

4.3.2.

Inhibice ......................................................................................................... 15

4.3.3.

Úprava fyzikálních parametrů korozního prostředí ...................................... 15

POVRCHOVÉ A PROTIKOROZNÍ ÚPRAVY ŠROUBŮ ............................... 16

5. 5.1.

Černění ................................................................................................................. 16

5.2.

Eloxování ............................................................................................................. 17

5.3.

Chromování ......................................................................................................... 18

5.4.

Niklování ............................................................................................................. 19

5.5.

Fosfátování........................................................................................................... 20

5.6.

Kadmiování .......................................................................................................... 20

5.7.

Zinkování ............................................................................................................. 21 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ........................................................................... 21

6. 6.1.

Charakteristika jednotlivých pasivačních povlaků .............................................. 22

6.1.1.

Galvanické pokovení − zinkování ................................................................ 22

6.1.2.

Ţárové zinkování šroubových spojů ............................................................. 23

6.1.3.

Antikorozní povlak Dacromet 500 LC ......................................................... 23

6.1.4.

Šrouby bez vnější ochrany kovovým povlakem ........................................... 24

6.2.

Základní struktura oceli pevnostních šroubů 8.8 ................................................. 25

6.3.

Hmotnostní stanovení váţkovou metodou ........................................................... 25

6.4.

Metalografické vyhodnocení kovového povlaku ................................................. 29

6.4.1.

Stanovení tloušťky kovového povlaku ......................................................... 29

6.4.2.

Stanovení mikrotvrdosti jednotlivých kovových povlaků ............................ 34

6.5.

Hodnocení korozní odolnosti ............................................................................... 35

6.6.

Dílčí závěr v prostředí komory se solnou mlhou ................................................. 42

6.7.

Dílčí závěr v prostředí komory SO2 ..................................................................... 48

6.8.

Dílčí závěr v prostředí kondenzační komory ....................................................... 54

7.

DISKUSE................................................................................................................ 55

8.

ZÁVĚR ................................................................................................................... 57

POUŢITÁ LITERATURA........................................................................................... 58 SEZNAM POUŢITÝCH NOREM .............................................................................. 58 SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................. 59 SEZNAM TABULEK ................................................................................................... 60

1. ÚVOD Ocelové součásti, které by nebyly chráněny povrchovou ochranou, okamţitě podléhají vnějším degradačním vlivům. Jedná se o energetický proces, kdy se materiál snaţí dostat do rovnováţného stavu. Koroze, jakoţto nevratný děj představuje povrchové a konstrukční ztráty materiálu. Udává se, ţe degradace kovových materiálů zničí přibliţně 2% celkové produkce oceli. Kvalitní protikorozní ochrana představuje delší ţivotnost materiálu, strojů a zařízení. Předpokládané náklady na korozní ochranu představují v některých případech aţ 10% z ceny výrobku. Strojírenské firmy investují značné finanční prostředky k dosaţení optimalizace výroby a protikorozní ochrany. Jestliţe by došlo ke korozní degradaci funkční plochy u sdruţených součástí, jednalo by se o znehodnocení celé soustavy. Nejčastěji pouţívanou antikorozní ochranou u šroubových spojů je pouţití kovových povlaků. V drtivé většině průmyslově vyráběných ochran se jedná o zinkové povlaky. Tato ochrana představuje, jak dekorativní, tak i velmi funkční ochranný povlak, který nachází své vyuţití především v průmyslových oblastech. Jedná se o anodickou ochranu, kdy působením iontového koloběhu dochází ke tvorbě korozních zplodin samotného zinku, čímţ je chráněn samotný katodický podkladový kov. (Marder, 2000). Trendy současné protikorozní ochrany šroubových spojů se v dnešní době orientují především na kompozitní materiály. Hlavním kritériem je přilnavost k základnímu substrátu a vytvoření tzv. utěsněného povlaku. Jedním z pouţívaných prostředků je v současné době aplikace laků na bázi organických ochran. Cílem je zamezení přístupu vzdušné vlhkosti mezi mikrotrhliny v ochranném zinkovém povlaku a základním materiálem. Další metodikou je kombinace několika korozně neušlechtilých kovů (Zn, Al…) se záměrem vytvoření vhodného poměru a optimálních protikorozních vlastností. Jedná se především o zlepšení „samohojivého efektu“, kdy nanesený antikorozní povlak je schopen po mechanickém poškození vytvořit dostatečné mnoţství korozních zplodin, které by byly schopny nadále v dostatečné míře chránit podkladový materiál.

8

2. CÍL PRÁCE Hlavním cílem diplomové práce na téma „Korozní odolnost šroubů s povrchovou ochranou“ je celkový monitoring problematiky korozního napadení pevnostních šroubů, chráněných kovovými povlaky na bázi zinkové pasivace. Tato pasivační metoda má nespornou výhodu v nanesení kovového povlaku o tloušťkách několika µm, které nijak nezhoršují podstatu spojení matice×šroub. Další předností je samohojivý efekt naneseného zinkového substrátu, který dokáţe eliminovat částečné poškození (trhliny způsobené při manipulaci). Pro přesnou

definici

jednotlivých povrchových ochran,

bylo

provedeno

metalografické vyhodnocení struktury základního materiálu, změřena mikrotvrdost a provedeno odečtení hodnoty naneseného substrátu. Ke stanovení celkového podílu hmotnosti nanesené ochranné vrstvy/hmotnost základního materiálu šroubu byla pouţita váţková metoda dle ČSN EN ISO 3892. Následně byly jednotlivé soubory vzorků vystaveny agresivnímu prostředí zrychlených korozních zkoušek. Jednalo se o prostředí solné mlhy dle normy ČSN ISO 9227, dále o prostředí s podílem oxidu siřičitého dle normy ČSN ISO 6988, a jako poslední byl zvolen test v kondenzační komoře dle normy ČSN 038131. Vizuálním

hodnocením

bylo

stanoveno

pořadí

odolnosti

vůči

korozi

u exploatovaných vzorků. U jednotlivých testovaných vzorků byl sledován průběh a vznik koroze, kdy hlavním kritériem bylo sledování boku závitu pod mikroskopem.

9

3. DRUHY KOROZE DLE ZPŮSOBU KOROZNÍHO NAPADENÍ 3.1. Koroze rovnoměrná Druh koroze, při níţ dochází k úbytku kovu přibliţně rovnoměrně na celém povrchu materiálu (viz obr. 1). Vyskytuje se především v podmínkách atmosféry, kde je kovový povrch a okolní prostředí homogenní, tzn., ţe teplota a koncentrace sloţek kovu a prostředí jsou na jejich rozhraní ve vzájemné rovnováze.(Bartoníček, 1966)

Obr. 1 Rovnoměrná koroze(Bartoníček, 1966)

3.2. Koroze nerovnoměrná 3.2.1.

Bodová koroze

Jedná se o lokální korozní napadení materiálu, při kterém vznikají na povrchu hluboké důlky, kolem nichţ je materiál bez viditelného napadení. Tato koroze vzniká především u pasivovatelných kovů. Zde dochází k místnímu poškození ochranné pasivní vrstvy (tvořena korozními produkty chránící kov před vnějším prostředím) a ke vzniku korozních loţisek. (http://vscht.cz)

Obr. 2 Bodová koroze(Bartoníček, 1966)

10

3.2.2.

Důlková koroze

Také označována jako skvrnitá koroze. Mechanismus koroze je podobný korozi bodové. Na povrchu se vytváří větší či menší důlky s malým poměrem hloubky k šířce, které zůstávají i při dalším průběhu koroze přibliţně stejné. Také se vyskytuje u pasivovatelných materiálů při narušení pasivační vrstvy.(studijní opory Mendelu, 2009)

Obr. 3 Důlková koroze(Bartoníček,1966)

3.2.3.

Mezikrystalová koroze

Jedná se o druh koroze, při které nedochází ke změně vzhledu povrchu napadeného materiálu. Při mezikrystalové korozi jsou napadána rozhraní mezi zrny materiálu, která tím ztrácejí vzájemnou soudrţnost. V důsledku toho se sniţuje mechanická pevnost materiálu. Tato koroze vzniká při ochuzení hranic zrn o chrom při tepelném namáhání, např. při svařování (precipitací karbidů s vysokým obsahem chromu viz obr. 4). Tímto se sniţuje schopnost pasivace a ochuzená zrna jsou rychleji napadána korozí. Napadení mezikrystalovou korozí lze zjistit zkouškami změn mechanických vlastností, elektrického odporu, rezonančního kmitočtu nebo přímým metalografickým hodnocením.(http://vscht.cz)

Obr. 4 Mezikrystalová koroze(http://konstrukce.cz)

11

3.2.4.

Transkrystalová koroze

Při transkrystalické korozi (viz obr. 5) jsou napadány hranice zrn i zrna samotná. U této koroze také není viditelná změna vzhledu povrchu materiálu a nedoprovází ji ani úbytek váhy materiálu.Transkrystalová koroze je vzácná a vzniká za současného působení elektrochemických vlivů s vnějším zatíţením, či vnitřním pnutím.

Obr. 5 Transkrystalická koroze(http://ime.fme.vutbr.cz)

3.2.5.

Štěrbinová koroze

Toto korozní napadení vzniká v místech se špatným oběhem prostředí (v polozavřených prostorech), např. ve šroubových spojích, mezi dvěma spojovanými plechy (viz obr. 6) atd. Prevenci před štěrbinovou korozí představují hlavně konstrukční úpravy zabraňující vzniku neţádoucích štěrbin, minimalizace konstrukčních spojů, kde by mohly vzniknout úsady.(Bartoníček, 1966)

Obr. 6 Štěrbina mezi dvěma plechy(http://vscht.cz)

12

3.2.6.

Selektivní koroze

Vlivem selektivní koroze dochází ke zrychlenému rozpouštění ţádoucích sloţek ve slitinách. Typickým příkladem je odzinkování mosazi (dochází převáţně ve vodách), kde méně ušlechtilý zinek přechází do roztoku a z původní mosazi se vytvoří houbovitá měď. K tomuto můţe docházet jak lokálně (viz obr. 7), tak celoplošně. Další výskyt selektivní koroze lze pozorovat u křemíkových, hliníkových a cínových bronzů. Ke zvýšení ochrany proti odzinkování je třeba sníţit obsah kyslíku v prostředí (sníţení oxidační schopnosti), dále zvýšit proudění ve vodách nebo zmíněné mosazi legovat.(http://vscht.cz)

Obr. 7 Lokální odzinkování mosazi(http://vscht.cz)

4. TECHNOLOGIE KOROZNÍ OCHRANY 4.1. Protikorozní ochrana volbou materiálu Při výběru konstrukčního materiálu na danou součást hrají důleţitou roli finance. Proto se vybírá materiál, který bude splňovat poţadované vlastnosti, ale bude zároveň co nejlevnější. Proto musí být samozřejmě zohledněna i korozní odolnost zvoleného materiálu. Při volbě materiálu s niţší korozní odolností se snahou ušetřit by se náklady naopak zvýšily se vznikem poruchy a neţádoucí odstávky zařízení. Důleţitými faktory by byly také sníţená bezpečnost zařízení a případná ekologická rizika.(Bartoníček, 1980)

13

4.2. Protikorozní ochrana ochrannými povlaky Ochranné povlaky s poţadovanou korozní

odolností

vhodně doplňují

mechanické a fyzikální vlastnosti základního kovu, ze kterého je výrobek zhotoven. Povlaky fungují na základě bariérového efektu, tzn., ţe vytváří bariéru mezi chráněním materiálem a vnějším korozním prostředím. V některých případech se vyskytují doprovodné účinky inhibiční, destimulační (sníţení agresivity prostředí) a galvanický (efekt obětované anody).(Ščerbejová, 1993) Ochranné povlaky se dělí na: 



ORGANICKÉ POVLAKY 

Nátěrové hmoty



Plastové povlaky



Pryţové povlaky

ANORGANICKÉ POVLAKY 



Kovové povlaky o

Cínové povlaky

o

Chromové povlaky

o

Měděné povlaky

o

Hliníkové povlaky

o

Niklové povlaky

o

Zinkové povlaky

o

Olověné a cíno-olověné povlaky

o

Povlaky z drahých kovů

Nekovové povlaky o Smalty o Cementové povlaky o Konverzní povlaky

14

4.3. Protikorozní ochrana úpravou prostředí Korozní prostředí lze upravit třemi způsoby:

4.3.1.

Destimulace

Destimulací

je

myšleno

omezení

nebo

odstranění

korozních

sloţek

způsobujících korozní napadení za předpokladu, kdy korozní sloţka není nutná k výrobě materiálu a její odstranění není vysoce nákladné. Typickým příkladem destimulace je odstranění kyslíku z prostředí (za pouţití vakua, varu nebo inertního plynu).

4.3.2.

Inhibice

Látky, zvané inhibitory, výrazně sniţují korozní rychlost. Obvyklá účinná koncentrace se pohybuje od 0,1 do 10 g.l-1. Inhibice je zaloţena na blokování dílčího katodického nebo anodického děje, popř. kombinací obou. Inhibiční látky lze rozdělit: 

oxidační látky zvyšující rychlost katodického děje



látky zpomalující anodický proces



látky redukující sloţky prostředí

4.3.3.

Úprava fyzikálních parametrů korozního prostředí

Do této skupiny opatření spadá především změna teploty a rychlosti pohybu korozního prostředí. Sníţením teploty lze většinou dosáhnout pokles korozní agresivity. Dvojnásobné sníţení koroze dosáhneme při sníţení teploty o 10 aţ 30 oC. V případech, kdy sníţením teploty zajistíme podmínky pro samovolnou pasivaci, je pokles korozní rychlosti ještě podstatně výraznější. Sníţení teploty nevede ve všech případech ke sníţení korozní rychlosti. Např. u otevřených systémů můţe vést zvyšování teploty nad 60 oC ke sníţení rozpustnosti O2 a k poklesu korozní rychlosti oceli ve vodě . Můţe k tomu dojít také v případě, kdy oxidační schopnost prostředí vzrůstá s teplotou rychleji neţ kritická pasivační proudová hustota. Při vyšších teplotách dojde k zapasivování a tím ke sníţení korozní rychlosti (příkladem můţe být uhlíková nebo korozivzdorná ocel v silně koncentrované kyselině sírové za zvýšených teplot). (http://vscht.cz) 15

5. POVRCHOVÉ A PROTIKOROZNÍ ÚPRAVY ŠROUBŮ 5.1. Černění Černění (také brunýrování) má především estetickou funkci při úpravě povrchu, ale v kombinaci s konzervačními prostředky také zvyšuje korozní odolnost daného ocelového výrobku. Není vhodné pouţívat jej u litiny. Při černění se výrobky ponoří do ohřátého roztoku tvořeného hydroxidem sodným, oxidovadly, akcelerátory, smáčedly aj. Na povrchu je vytvořena konverzní oxidová vrstva modročerné aţ černé barvy (vznik směsi Fe2O3 a Fe3O4). Kromě šroubů (viz obr. 8) má nejčastější uplatnění u povrchové úpravy zbraní (viz obr. 9), biţuterie, měřících, optických a jiných speciálních nástrojů. Protoţe oxidový povlak kopíruje povrch výrobku, je nutné jej před procesem černění konkrétně připravit, tzn. pro konečný lesklý vzhled povrch vyleštit a naopak pro dosaţení matného vzhledu povrch zdrsnit.

Díky

malé

tloušťce

povlaku

nedochází

ke

změně

rozměrů

výrobku.(http://povrchari.cz)

Obr. 8 Černěné šrouby(hobbyeshop.cz)

Obr. 9 Černěný rám pistole(http://czub.cz)

16

5.2. Eloxování Eloxování je elektrochemický způsob povrchové úpravy materiálu (především hliníku, titanu a niobu). Upravovaný materiál je v elektrolytické lázni (tvoří koncentrovaná kyselina sírová) zapojen jako anoda (viz obr. 10). Na povrchu materiálu se tvoří rovnoměrná vrstva oxidu, která chrání kov bariérovým způsobem a má lepší mechanické a chemické vlastnosti neţ kov samotný. Tloušťka vrstvy je silná přibliţně 5−25 µm. Při pouţití vhodných průmyslových barviv lze vytvořit libovolnou barvu povlaku, a proto se pouţívá převáţně k estetické úpravě výrobků (viz obr. 11 a 12). V současné době tvoří drtivou většinu takto upravovaného materiálu hliník.(http://astronom.cz)

Obr. 10 Elektrolitická lázeň(http://www.astronom.cz)

Obr. 11 Eloxované páčky (http://bomex.cz)

Obr. 12 Eloxované šrouby(http://netbike.cz)

17

5.3. Chromování Chromování se dělí na dvě skupiny:

 Tvrdé chromování Tvrdé chromování je elektrochemický proces, při němţ se vytváří vrstva chromu na základním materiálu (ocel, mosaz, ocelolitina a vybrané druhy nerezových ocelí. Aplikace tvrdého chromování je vhodná u součástí, které jsou vystaveny nadměrnému opotřebení a otěru. Uvádí se, ţe aţ 20−krát zvyšuje ţivotnost takto upravených součástek. Tato technologie je v hodná k renovaci součástí, kdy se po nanesení určité vrstvy chromu daný díl vybrousí na jeho původní rozměry. Mezi výhody tvrdého chromování patří vysoká tvrdost, vysoká otěruodolnost a dobrá korozní odolnost. Pouţívá se ve všech odvětvích průmyslu. Typickou aplikací tvrdého chromování

je

u

tyčí

a

trubek

hydraulických

válců

(viz

obr.

13).(http://povrchovauprava.cz)

Obr. 13 Chromovaná tyč hydraulického válce(http://amp-hydraulika.cz)



Dekorativní chromování

Dekorativní chromování je galvanický způsob pokovení materiálu a zajišťuje jak poţadovaný vzhled, tak i dobré fyzikální vlastnosti ošetřené součásti. Ochranný povlak se vyznačuje vysokou tvrdostí, nízkým koeficientem tření a vysokou odolností proti korozi. Povlak je sloţen z vrstev Cu a Ni, které zajišťují korozní odolnost a na které je v konečné

fázi

nanesena

vrstva

chromu,

materiálu.(http://povrchovauprava.cz) 18

jeţ

vytváří

stříbrný

povrch

Obr. 14 Okrasný chromovaný šroub(http//bike-in.cz)

Obr. 15 Chromovaná nádrţ motocyklu(http://chromovani-zajic.cz)

5.4. Niklování Tento způsob pokovení lze rozdělit na niklování chemické a niklování elektrochemické. Chemickým niklováním se pokovují předměty z FE, Cu a Al v lázni obsahujících soli chloridu nikelnatého (NiCl4), síranu nikelnatého (NiSO4) a redukčních přísad. Vytvořený povlak má dobrou přilnavost a rovnoměrnou tloušťku (i na členitém povrchu). Je vhodné k pokovování členitě tvarovaných výrobků (viz Obr. 16). Povlak vyloučený při elektrochemickém niklování slouţí jako mezivrstva při pokovování s mědí a chromem, nebo jako finální povlak do lehkých korozních podmínek. Při pokovování pouze niklem se nanáší více vrstev (vyrovnání povrchu a následné vytvoření lesklého vzhledu výrobku).(Ščerbejová, 1993) 19

Obr. 16 Niklovaný PC šroub(http://ispshop.cz)

5.5. Fosfátování Fosfátování je chemický proces, při němţ se na povrchu upravovaného kovu vytváří vrstva anorganického fosforečnanu. Vzniklý povlak vytváří bariéru mezi kovem a okolním prostředí, čímţ se zlepšuje protikorozní odolnost. Ta se zlepšuje s rostoucí tloušťkou ochranné vrstvy. Fosfátové povlaky dále zlepšují přilnavost aplikovaných nátěrů vlivem vytvoření vhodné krystalické struktury povlaku, na kterou nátěr lépe zakotví. Umoţňují povrchovou úpravu zinku a hliníku.(http://technicoat.cz)

Obr. 17 Fosfátovaný samořezný šroub(http://foerch.cz)

5.6. Kadmiování Jedná se o elektrochemický způsob pokovování. Anody jsou z čistého kadmia nebo slitiny 30% Pb a 70% Cd. Elektrolitické lázně se uţívají zásadité i kyselé. Kadmiování má podobné protikorozní vlastnosti jako zinek. Dobře odolává atmosférickým vlivům agresivnímu působení soli.(http://povrchari.cz) 20

5.7. Zinkování Zinkové ochranné povlaky mají velice dobré protikorozní vlastnosti. Zinek chrání základový materiál anodicky a je sám pasivován vrstvou oxidů. Kromě šroubů se uţívá jako protikorozní ochrana např. plechů, trubek atd. (Ščerbejová, 1993). Tuto technologii lze rozdělit na: 

Galvanické (elektrolytické) zinkové pokovení



Ţárové nanášení zinku ponorem



Ţárové nanášení zinku nástřikem



Difůzní zinkování (Sherardizace)

Bliţší popis technologie zinkování je uveden v experimentální části.

6. EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ Šroubové spoje patří mezi rozebíratelná spojení, bez kterého se strojírenský průmysl neobejde. Jelikoţ se jedná o ocelový prvek je zapotřebí věnovat pozornost jeho ochraně z hlediska korozního napadení. Pro experiment bylo zvoleno několik typů zinkových povlaků nanášených různými technologiemi s vyuţitím dalších antikorozních prvků: Cr, Al atd. Jako etalon byl zvolen pevnostní šroub bez povrchové ochrany. Jednalo se o výrobky běţně dostupné na našem trhu. Pro moţnost posouzení hmotnosti nanesených pasivačních vrstev byl zvolen jeden rozměr šroubu u všech povlaků (M8x30). Dle katalogového listu a běţného označení v prodejní síti se jedná o tyto typy: Galvanický zinek bílý. . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIN931, ISO 4014, kód 01201 Galvanický zinek ţlutý. . . . . . . . . . . . . . . . . . DIN931, ISO 4014, kód 01220 Ţárový zinek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIN931, ISO 4014, kód 01420 Dacromet 500 LC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIN931, ISO 4014, kód 04103 Pevnostní šroub bez ochrany „černý“. . . . . . .DIN931, ISO 4014, kód 23010 21

Byly sestaveny soubory vzorků jednotlivých povrchových ochran vţdy po 5 kusech a vystaveny agresivnímu koroznímu prostředí. Jednalo se o zkoušky v solné mlze dle ČSN ISO 9227, o test v oxidu siřičitém dle normy ČSN ISO 6988, a test v kondenzační komoře dle normy ČSN 038131.

6.1. Charakteristika jednotlivých pasivačních povlaků Na základě materiálového listu a poskytnutých materiálů od výrobce je moţno přiřadit jednotlivým pasivačním povlakům tyto parametry technologie.

6.1.1.

Galvanické pokovení − zinkování

Nejběţnější a nejpouţívanější kovový povlak na ochranu šroubových spojení je vyráběn galvanickým pokovením základní součásti. Technologii galvanického pokovení můţeme rozdělit do dvou částí. Jedná se o mechanickou a chemickou přípravu povrchu a následné umístění součásti do elektrolytické lázně. Mechanická a chemická příprava povrchu: Nejdříve se provádí tryskání jemným křemičitým pískem (nejčastěji korund bílí S22 o zrnitosti 0,1−0,2 mm). Cílem této operace je odstranění hrubých nečistot a otřepů z profilu závitu. Následuje odmaštění v organickém rozpouštědle za teploty 90°C. Po 10 minutách

chemické jsou

šrouby

opláchnuty studenou vodou. Technologický postup pokovení: První fáze začíná elektrolytickým oplachem a tzv. dekapováním v 10 % kyselině chlorovodíkové s následným dvoustupňovým oplachem ve studené vodě. Dále následuje fáze jiţ samotného pokovení ve slabě kyselé zinkovací lázni, kde průměrná katodická proudová hustota činí 2 A/dm2. Teplota lázně se pohybuje v rozmezí 25−30 °C. Chemické sloţení galvanické lázně a materiál na anodě mají zásadní vliv na korozní odolnost vytvořeného povlaku. Jestliţe se jedná o klasický bílý zinek (viz obr. 18), anody i elektrolyt neobsahují ţádné jiné chemické prvky. Pokud má povrch mírnou naţloutlou barvu, jedná se o tzv. ţlutý zinek (viz obr. 19), kdy jsou elektrolyt i anoda obohaceny o částice aktivního chromu.

22

Obr. 18 Galvanický povlak – Bílý zinek

6.1.2.

Obr. 19 Galvanický povlak – Ţlutý zinek

Ţárové zinkování šroubových spojů

Ţárové zinkování má svoje uplatnění především v oblasti ochrany kovových nosníků a konstrukcí. Pro svoji masivní vrstvu, která se pohybuje, aţ okolo 60 µm zaručuje dlouholetou ochranu těchto prvků. Technologický postup: V případě pokovení šroubových spojů se jedná o tzv. vysokoteplotní zinkování. Teplota zinkové lázně se pohybuje v rozmezí 550°C−580°C. Spojovací materiál se umístí do speciálních přípravků („zinkovací koš“). Doba samotného ponoru v zinkové lázni je 60−120 sec. Následuje odstředění přebytečného zinku a následné zchladnutí spojovacího materiálu. Povrch vytvořený touto technologií nedosahuje tak výrazného lesku, a je mnohem hrubší neţ u galvanického pokovení. (viz obr. 20)

Obr. 20 Ţárové zinkování

6.1.3.

Antikorozní povlak Dacromet 500 LC

Do prostředí s extrémním korozním namáháním vyvinula firma Fabory nový systém kovového povlaku zaloţeného na značné lamelární disperzitě částic zinku vyuţité 23

v technologii studeného zinkování. Tento povlak je následně doplněn o vnější inhibitory koroze. Jelikoţ nebylo moţné zjistit přesný technologický postup výroby tohoto povlaku, můţeme se pouze domnívat, ţe jako vrchního inhibitoru bylo pouţito Cr a Al. Povrch šroubu je znázorněn na obr. 21.

Obr. 21 Povlak Dacromet 500 LC

6.1.4.

Šrouby bez vnější ochrany kovovým povlakem

Jako etalony korozní degradace byly zvoleny pevnostní šrouby bez vnější povrchové ochrany. Pro dosaţení vhodné struktury základního materiálu šroubu je zapotřebí provést kalení do olejové lázně a následné popuštění pro odstranění pnutí. Kalení do oleje dává šroubu charakteristický kovový lesk a zároveň i částečně pasivuje ocelový základ.(viz obr. 22)

Obr. 22 Pevnostní šroub 46Cr1

24

6.2. Základní struktura oceli pevnostních šroubů 8.8 Kritériem tohoto materiálu pro výrobu pevnostních šroubů je limitující pevnost v tahu Rm, která nesmí klesnout pod hodnotu 800 N.mm-2. Základním materiálem jsou uhlíkové oceli s přísadami B, Mn a Cr, které jsou následně tepelně zpracovány kalením a popuštěním.(viz tab. 1)

Tabulka 1 Min. a max. hodnoty C u šroubů 8.8 Popouštěcí

Chemické sloţení % Pevnostní třída

teplota Materiál

C min.

C max.

P max.

S max.

[°C]

0,153

0,4

0,035

0,035

425

Uhlíková 8.8

ocel

Na obr. 23 je moţno pozorovat přechodovou strukturu, které je tvořena jehlicemi bainitu, ale jsou zde i částice jemné sorbitické struktury.

Obr. 23 Bainitická struktura šroubu po popuštění

6.3. Hmotnostní stanovení váţkovou metodou Hmotnost jednotlivých pasivačních povlaků na předem určených šroubech byla stanovena váţkovou metodou dle ČSN EN ISO 3892. Pouţitý roztok pro odleptání pasivační vrstvy: jedná se o vodný roztok obsahující v 1 litru destilované vody 200 g CrO3 a 10 g Ba CO3. 25

Postup měření Od jednotlivých druhů pasivačních vrstev byly vybrány 3 vzorky a zváţeny s přesností 1 mg. Následovalo odleptání pasivačního povlaku ve zkušebním roztoku popsaného výše. Doba ponoru byla stanovena na 5 minut při pokojové teplotě. Poté následoval oplach pod tekoucí vodou a opětovné zváţení vzorku. Tento proces se opakoval aţ do ustálení a dosaţení konstantního úbytku. Hmotnost jednotlivých pasivačních vrstev m je vyjádřena v gramech a vynesena v tabulce 2. Jednotlivé hodnoty jsou vyjádřeny jako průměrné hodnoty ze 3 měření.

Tabulka 2 Hmotnostní úbytky jednotlivých povlaků Hmotnost před mořením [g]

Průměrná Hmotnost po 5 min [g]




Průměrný celkový úbytek [g]

12,040

11,992

11,937

11,922

11,920

0,120

11,946

11,921

11,900

11,887

11,884

0,062

12,215

12,004

11,808

11,765

11,763

0,452

12,128

12,054

11,992

11,980

11,977

0,151

Bílý zinek Ţlutý zinek Ţárový zinek Dacromet 500 LC

26

Obr. 24 Průběh odmoření ochranného povlaku - Bílý zinek

Obr. 25 Průběh odmoření ochranného povlaku - Ţlutý zinek

27

Obr. 26 Průběh odmoření ochranného povlaku - Ţárové zinkování

Obr. 27 Průběh odmoření ochranného povlaku - Dacromet 500 LC

28

Obr. 28 Hmotnost kovové pasivační vrstvy

6.4. Metalografické vyhodnocení kovového povlaku Světelná mikroskopie patří mezi základní vědecké disciplíny zabývající se studiem kovových materiálů. Pro potřeby experimentu byl pouţit metalografický mikroskop Neophot 2 s adaptérem na měření mikrotvrdosti (Hannemman).

6.4.1.

Stanovení tloušťky kovového povlaku

Pasivační povlaky nanášené technologií galvanického pokovení dosahují pouze omezených hodnot. Jedná se řádově o jednotky µm, maximálně však o desítky µm. Přesné změření tohoto povlaku nedestruktivní metodou je ve střední části průměru závitu značně obtíţné. Z tohoto důvodu byl proveden metalografický výbrus jednotlivých vzorků a hodnoty přesně odečteny na metalografickém preparátu. Z důvodu objektivity měření byly zvoleny od kaţdého povlaku vţdy 3 vzorky. Na kaţdém vzorku bylo odečteno 5 hodnot a vypočítán aritmetický průměr.

29

Galvanické pokovení − Bílý zinek

Obr. 29-30 Metalografický výbrus – Bílý zinek

Problém všech povrchových ochran nastává v okamţiku pasivace ostrých hran. Klasickým příkladem je vrchol závitu. Z obr. 30 je jasně patrná menší nanesená vrstva na vrcholu neţ ve střední části závitu.

Galvanické pokovení − Ţlutý zinek Na obr. 31 můţeme pozorovat nerovnoměrnost profilu závitu. Elektrolytické pokovení je ovšem schopno dokonale aproximovat povrch dané součásti, coţ je zde velice dobře patrné.

Obr. 31-32 Metalografický výbrus - Ţlutý zinek

30

Problém ovšem nastává při pokovení vrcholu závitu. Z obr. 32 je zřetelně patrná mezera mezi základním materiálem a kovovým povlakem.

Ţárový zinek Tento způsob ochrany nabízí tvorbu masivní vrstvy, která je velice dobře patrná na obr. 33.

Obr. 33-34 Metalografický výbrus − Ţárový zinek

Vrstva na vrcholu závitu rovněţ vykazuje hodnoty v desítkách µm (viz obr 34). Technologie odstředění přebytečného zinku s sebou ovšem přináší nešetrné chování k danému povlaku, coţ má za následek velké mnoţství trhlin i celkového porušení vrstvy (viz obr. 35). Takové místo se stává potenciálním prostorem pro vznik bodové koroze.

Obr. 35 Porušení celistvosti zinkového povlaku 31

Zinková pasivace kovových součástí má značnou výhodu v podobě antikorozní ochrany základního materiálu, která spočívá v samohojivém efektu poškozeného zinkového místa. Princip tohoto mechanizmu je zaloţen na tvorbě uhličitanu zinečnatého v okolí trhlin či jinak zdevastovaného naneseného povlaku. Tato sloučenina je i nadále schopna poskytovat antikorozní ochranu.

Dacromet 500 LC Tento speciální kovový povlak se vyznačuje velkou porézností (viz obr. 36). I zde ale vrchol závitu představuje místo s nedostatečnou vrstvou ochranného povlaku (viz obr. 37).

Obr. 36-37 Metalografický výbrus − Dacromet 500 LC

Šroub bez povrchové ochrany Běţné pevnostní šrouby bez povrchové ochrany mají parciální inhibiční vlastnosti po jejich tepelném zpracování. Jedná se především o částečně ulpělý olej po kalení. V ţádném případě ovšem nemůţeme hovořit o cílené antikorozní ochraně.

32

Obr. 38-39 Metalografický výbrus − pevnostní šroub 46Cr1

Obrovským rizikem při tepelném zpracování šroubů mohou být trhliny způsobené vnitřním pnutím (viz obr. 39). Toto místo iniciuje rozvíjející se trhlinu, která vede k destrukci celého šroubového spoje.

Celkový sloupcový graf na obr. 40 ukazuje na masivnost zinkového povlaku nanášeného ţárovou technologií.

Obr. 40 Tloušťka povlaku dosaţena jednotlivými technologiemi v µm

33

6.4.2.

Stanovení mikrotvrdosti jednotlivých kovových povlaků

Tvrdost singulárních strukturních fází kovových povlaků je v procesu korozních degradací jednou z limitních faktorů. U součástí, kde to dovoluje plocha kovového povlaku je měřena mikrotvrdost pomocí Buchholzova testu. V případě šroubů či matic ovšem tato technologie pouţít nelze z důvodu nedostatečné stykové plochy mezi součástí a samotným měřidlem. Měření mikrotvrdosti bylo provedeno pomocí Hannemannova mikrotvrdoměru, který je součástí metalografického mikroskopu Neophot 2. Jedná se o klasickou metodu dle Vickerse. Do materiálu je vtlačován diamantový kuţel o vrcholovém úhlu 136° silou 0,1 kp. Podle délky úhlopříček je následně odečtena mikrotvrdost HV. Měření mikrotvrdosti bylo provedeno opět na souboru 3 vzorků od kaţdého kovového povlaku. Bylo odečteno 5 hodnot z kaţdého vzorku (viz tab. 3).

Tabulka 3 Mikrotvrdosti jednotlivých vzorků, měřeno metodou dle Vickerse Vzorek 1

Vzorek 2

Vzorek 3

Průměrná mikrotvrdost

HV

HV

HV

HV25mg

Bílý zinek

74

76

79

76

Ţlutý zinek

369

360

363

364

Ţárový zinek

212

208

203

207

Dacromet 500 LC

56

48

54

53

Mikrotvrdost je zásadně ovlivněna chemickým sloţením pasivačního substrátu. Z obr. 41 je patrná maximální hodnota u galvanicky nanášeného ţlutého zinku. Je to dáno zvýšeným mnoţstvím chromu v tomto pasivačním povlaku.

34

Obr. 41 Mikrotvrdosti jednotlivých pasivačních povlaků

6.5. Hodnocení korozní odolnosti Zkoušky korozní odolnosti šroubů s různými kovovými povlaky byly provedeny standardní metodou v kryptopodmínkách korozních komor NaCl, SO2, a v kondenzačním prostředí vodní páry.

Podmínky ve zkušebních komorách Zkoušky solnou mlhou: Jedná se o test dle normy ČSN ISO 9227. Teplota ve zkušební komoře: 35 ± 2 °C Koncentrace chloridu sodného: 50 ± 5 g/l Ph rozprašovaného roztoku: 6,5 aţ 7,2 Doba zkoušky je stanovena v intervalech postupu koroze v závislosti na kaţdodenním vizuálním hodnocení.

35

Zkouška oxidem siřičitým: Jedná se o zkoušku dle normy ČSN ISO 6988. Teplota ve zkušební komoře: 40 ± 3 °C Jeden zkušební cyklus je 8 hodin expozice za působení agresivního korozního prostředí + 4 hodiny odvětrávání zkušební komory. Mnoţství oxidu siřičitého na jeden cyklus je 0,2 dm3. Vyhodnocení průběhu zkoušky v závislosti na vizuálním hodnocení.

Zkouška v kondenzační komoře: test dle normy ČSN 038131 Teplota ve zkušební komoře: 32 ± 3°C Médium pro tvorbu páry je demineralizovaná voda Relativní vlhkost vyšší neţ 80 % Příprava a umístění vzorku: Testované vzorky jsou standardní šrouby běţně dostupné na našem trhu se čtyřmi druhy povrchových ochran. Jako etalon k porovnání rychlosti korozní degradace byl pouţit pevnostní šroub bez povrchové ochrany. Do kaţdé zkušební komory byly připraveny soubory vzorků o 5 kusech od kaţdého materiálu. Vzorky se umístily do speciálních přípravků, aby bylo zaručeno působení korozního prostředí na celý profil šroubu. Vzorky byly průběţně vizuálně hodnoceny a rovněţ byla prováděna fotodokumentace. Celkový průběh zkoušek je zaznamenán na obr.42−56.

36

Průběh korozní zkoušky v prostředí solné mlhy

Etalon

1 den

2 dny

3 dny

5 dnů

8 dnů

Obr. 42 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Bílý zinek

37


Etalon

2 dny

4 dny

6 dnů

10 dnů

12 dnů

Obr. 43 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Ţlutý zinek

38


Etalon

2 dny

4 dny

6 dnů

10 dnů

12 dnů

Obr. 44 Vizuální hodnocení povlaku - Ţárový zinek

39


Etalon

2 dny

6 dnů

10 dnů

15 dnů

30 dnů

Obr. 45 Vizuální hodnocení povlaku - Dacromet 500 LC

40


Etalon

1 den

2 dny

4 dny

6 dnů

8 dnů

Obr. 46 Vizuální hodnocení pevnostního šroubu bez povrchové ochrany

41

6.6. Dílčí závěr v prostředí komory se solnou mlhou Dle experimentálního měření, které bylo provedeno v prostředí solné mlhy, můţeme konstatovat velice nízkou korozní odolnost zinkových povlaků za působení NaCl. Vzorky byly napadány jiţ během prvního dne expozice v tomto prostředí. Etalon, kterým byl zvolen pevnostní šroub bez pokovení, byl schopen odolat pouze 4 dny do zasaţení 90% povrchu. Následoval šroub pasivován bílým galvanickým zinkem, kde se během 2 dní značná část zinku přetransformovala v produkty bílé koroze a první známky prokorodování na základní materiál můţeme pozorovat jiţ ve 3. dnu exploatace. Test byl ukončen po 8 dnech, kdy povrch vykazoval 100% degradaci. Šrouby chráněné ţlutým zinkem vykazovaly dobu do 90% degradace 12 dní. Po tomto mezním stavu byl test rovněţ přerušen. Vzorky, u kterých byla provedena povrchová ochrana technologií ţárového zinkování, vykazovaly rovněţ hodnotu 12 dnů při 90% degradaci kovové ochrany. Ani tato masivní vrstva dosahující aţ 94 µm nedokázala kovový substrát ochránit. Vzorky, u nichţ byl pouţit ochranný povlak Dacromet 500 LC vykazovaly nejlepší výsledky. První známky koroze můţeme pozorovat během 10. dne exploatace. Jedná se o mírné narušení povrchu vzorku. Test tohoto materiálu byl přerušen po 30 dnech, kdy vzorek vykazoval 100% napadení červenou korozí.

42

Průběh korozní zkoušky v prostředí oxidu siřičitého

Etalon

2 dny

4 dny

6 dnů

10 dnů

12 dnů


43


Etalon

4 dny

8 dnů

15 dnů

18 dnů

20 dnů


44


Etalon

4 dny

8 dnů

10 dnů

15 dnů

18 dnů

Obr. 49 Vizuální hodnocení povlaku − Ţárový zinek

45


Etalon

2 dny

3 dny

4 dny

5 dnů

8 dnů

Obr. 50 Vizuální hodnocení povlaku − Dacromet 500 LC

46


Etalon

1den

2 dny

4 dny

6 dnů

8 dnů


47

6.7. Dílčí závěr v prostředí komory SO2 Působení oxidu siřičitého můţeme deklarovat jako mnohem méně agresivní prostředí pro zinkové pasivační povlaky. Etalon vykazoval celkovou dobu do 100% porušení 6 dnů (viz obr. 51). Masivní nárůst korozních zplodin byl pozorován po 8. dnu. Kovový povlak Dacromet 500 LC ovšem dokázal odolávat pouze 4 dny. Celková doba do konce exploatace byla rovněţ jak u etalonu 8 dnů (viz obr. 50). Dále následoval galvanický bílý zinek, jeho korozní odolnost představovala 4 dny do začátku koroze. Jelikoţ agresorem v korozní komoře je koncentrace SO2, jsou eliminovány zplodiny bílé koroze a dochází spíše k odmoření zinku (viz obr. 47). Jakmile je odstraněna pasivační vrstva, dochází k rovnoměrné červené korozi na celém povrchu kovového substrátu. 100% degradaci vzorek vykazoval po 12 dnech zkoušky. Ţlutý zinek nanášený technologií galvanického zinkování vykazoval i zde jedny z nejlepších hodnot. Také zde platí teorie o rovnoměrném odstraňování pasivačního inhibitoru, kdy postup degradace je pozvolný a v závěrečné fázi následuje masivní plošné napadení celého vzorku. Test byl přerušen po 20 dnech, kdy se jiţ začalo projevovat ukládání produktů červené koroze mezi závity šroubu (viz obr. 48). Vzorky chráněné ţárovým zinkováním vykazovaly prvotní napadení po 10 dnech. Jednalo se ovšem o bodovou korozi, která se dále nerozvíjela. Právě extrémní vrstva zinkového povlaku je schopna eliminovat bodovou korozi, kdy dochází k tzv. samohojivému efektu inhibiční vrstvy. Test byl přerušen po 18 dnech exploatace, kdy vzorek vykazoval 90% napadení.

48

Průběh korozní zkoušky v prostředí kondenzační komory

Etalon

2dny

5 dnů

20 dnů

40 dnů

60 dnů


49


Etalon

2dny

5 dnů

20 dnů

40 dnů

60 dnů


50


Etalon

2dny

5 dnů

20 dnů

40 dnů

60 dnů

Obr. 54 Vizuální hodnocení povlaku − Ţárový zinek

51


Etalon

2dny

5 dnů

20 dnů

40 dnů

60 dnů

Obr. 55 Vizuální hodnocení povlaku − Dacromet 500 LC

52


Etalon

2dny

5 dnů

20 dnů

40 dnů

60 dnů


53

6.8. Dílčí závěr v prostředí kondenzační komory Prostředí zkoušek v kondenzační komoře je nejvíce podobné reálným podmínkám. Nevýhodou těchto zkoušek je ovšem jejich časová náročnost. Z tohoto důvodu byla u testu zvolena jednotná doba odběrů vzorků. Test byl ukončen po 60 dnech, i kdyţ ţádný vzorek nevykazoval 100% napadení korozními zplodinami. Jak lze pozorovat na obr. 56, etalon vykazoval po konečném odběru pouze 60% napadení. Tento fakt lze přisoudit skutečnosti, ţe šrouby nebyly před zkouškou odmaštěny. Byly pouţity ve stavu volně dostupném v obchodním řetězci. Olej pouţívaný na konzervaci tudíţ prodlouţil dobu vzniku koroze aţ na dobu 5 dnů. U vzorků, které byly galvanicky zinkovány bílým zinkem (viz obr. 52), se setkáváme s klasickou bodovou korozí, kdy se objevují první příznaky po 40 dnech. Samotný povrch je pokryt produkty bílé koroze, v němţ se jiţ naplno projevuje degradace základního materiálu. Šrouby chráněné ţlutým zinkem potvrdily i během této zkoušky velmi dobrou odolnost. Teprve po 20 dnech zkoušky se začíná objevovat pokles korozní odolnosti v podobě bílé koroze (viz obr. 53). Po 60 dnech od začátku zkoušky ţádný z 5 vzorků nevykazoval známky napadení červenou korozí. U ţárově zinkovaných vzorků se běhen 5 dnů začalo objevovat značné mnoţství ohnisek s bodovou korozí (viz obr. 54). Tento aspekt je dán technologií výroby. Opět je moţné pozorovat samohojivý efekt daného povlaku. Ten je schopen odolávat značnému koroznímu tlaku. Po ukončení zkoušky je ovšem moţné pozorovat loţiska bodové koroze. Ochranný povlak Dacromet 500 LC nevykázal během 60denního testu v kondenzační komoře ţádné změny.

54

7. DISKUSE Koroze šroubových spojení je celosvětový problém. Neustále se vyvíjí nové koncepce pasivačních povlaků, které lépe či hůře chrání základový materiál. Velmi rozšířenou a diskutovanou otázkou je také ekologický aspekt výroby a likvidace galvanických lázní. Zaměření této diplomové práce je především na celkový monitoring korozní odolnosti inhibičních povlaků na bázi zinku. Jedná se o sledování rychlosti koroze ve zrychlených korozních zkouškách. Jako etalon byl zvolen pevnostní šroub, který simuloval proces koroze u nechráněného kovu. Totální degradace povrchu tohoto etalonu proběhla během 4−8 dní zkoušek. Pouze v prostředí kondenzační komory můţeme z části hovořit o ochraně olejovým filmem, který prodlouţil dobu počátku koroze aţ na 20. den. Tento nepatrný ochranný povlak je pouţíván v distribuční síti. Nejhorší korozní odolnost vykazovaly šrouby s bílým zinkem. I kdyţ tloušťka vrstvy se u jednotlivých vzorků pohybovala okolo 20 µm, nedokázaly odolávat koroznímu prostředí déle jak 8−12 dní do celkové degradace. Na nedostatečnou ochranu ukazují především zkoušky v kondenzační komoře, kde po 40 dnech jiţ naplno propukla bodová koroze. Jelikoţ se ale jedná o bodovou korozi a nikoli plošnou, můţe na tuto krátkou pasivační dobu poukazovat špatná příprava šroubů před samotným pokovením. Tento aspekt však běţný zákazník nemůţe nijak eliminovat. Následoval povlak nanášený technologií galvanického pokovení s přísadou Cr „ţlutý zinek“. Právě tento prvek dodává povlaku výraznou mikrotvrdost, která se pohybovala kolem 360 HV. Tloušťka povlaku se pohybovala pouze okolo 10 µm, coţ ukazuje na velice krátkou dobu ponoru v lázni. Tento povlak ovšem vykazoval velice dobré výsledky. Jeho schopnost odolávat agresivnímu prostředí korozních zkoušek byla od 12 do 20 dnů do úplné degradace. V kondenzační komoře došlo pouze ke ztrátě lesku a částečné tvorbě zinkových korozních produktů v podobě bílé rzi. Ţárové zinkování se vyskytuje především v oblasti ochrany nosníků a ocelových konstrukcí. U šroubových spojů je to poměrně nová technologie. Samozřejmě se zde určité parametry liší od základního modelu. Povlaky na šroubových spojích vykazují značnou tloušťku, která se pohybuje kolem 90 µm. Tato tloušťka s sebou přináší i největší hmotnost ochranného povlaku, která u šroubu M8x30 činila v průměru 452 mg. Právě tato masivní vrstva zaručuje tzv. „samohojivý efekt“, který můţeme pozorovat ve zkouškách kondenzační

55

komory. Jestliţe se ovšem jedná o prostředí se zvýšenou agresivitou, ani tento povlak nedokáţe odolávat déle jak 18 dnů. Posledním testovaným povlakem byl Dacromet 500 LC. Jedná se o povlak určený do velice agresivních korozních podmínek, který se pouţívá na pevnostních šroubech typu 8.8 10.9. Dle mikrotvrdosti a metalografického výbrusu se jedná o velice pórovitý povlak, jehoţ hlavní inhibiční schopností je tvorba pasivační vrstvy mezi lamelami ochranného povlaku. Na značnou pórovitost ukazuje i hodnota mikrotvrdosti, která se pohybuje pouze okolo 50 HV. Dle korozních testů, které nevykazovaly v prostředí solné mlhy zvýšený podíl bílé koroze, lze usuzovat na přebytek hliníku v základním kovovém povlaku. Délka testu v tomto prostředí do celkové degradace činila 30 dnů. Prostředí oxidu siřičitého ovšem značně sníţilo universálnost tohoto povlaku. V prostředí SO2 bylo moţno pozorovat celkovou červenou korozi po 4. dnu exploatace. Konec testu a 100% degradace ochranného povlaku proběhla 8. den zkoušky. Tento povlak nelze doporučit do průmyslových prostředí se zvýšeným podílem průmyslových zplodin.

56

8. ZÁVĚR Ochrana šroubů i celých šroubových spojení je v drtivé většině ve strojírenském průmyslu řešena kovovými povlaky. Důvodem je především zachování funkčnosti spojovacího mechanismu, kdy mezi šroubem a maticí nemůţe být nanesen masivní antikorozní substrát (nátěrová hmota). Trendy antikorozní ochrany jsou směřovány na co nejmenší ekonomické náklady s ohledem na zachování maximální doby korozní ochrany daného povlaku. Z tohoto hlediska se nejvíce vyuţívá galvanické zinkování a celkové vyuţití zinkového povlaku má ideální dispozice k ochraně kovových součástí. Jednou z nesporných výhod galvanického nanášení kovových povlaků je moţnost vyuţití dalších inhibičních prvků pro tvorbu tzv. kompozitních ochran. Je ovšem zapotřebí vţdy zvolit kompromis mezi korozní ochranou a vlivem dané pasivace na ţivotní prostředí. Klasickým příkladem je Cr (VI), který byl v procesu galvanizace naprosto zakázán z důvodu karcinogenních dopadů na ţivé organismy. Nanášení ochranných kovových povlaků je pro svoji univerzálnost jedním z dynamicky se rozvíjejících odvětví. Hlavním kritériem by ovšem neměla být nejniţší cena výroby, ale ekologické aspekty a dopad na ţivotní prostředí.

57

POUŢITÁ LITERATURA BARTONÍČEK, R. Navrhování protikorozní ochrany. 1. vyd. Praha: SNTL, 1980. 287 s. ŠČERBEJOVÁ, M. Strojírenská technologie. VŠZ v Brně, Brno, 1993, ISBN 80-7157-083-4 BARTONÍČEK, Robert, et al. Koroze a protikorozní ochrana kovů. 1. vyd. Brno: Academia, 1966. 720 s. ČERNÝ, Miroslav, et al. Korozní vlastnosti kovových konstrukčních materiálů. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1984. 264 s. L13-B2-V-31/22629. TULKA, Jaromír. Povrchové úpravy materiálů. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2005. 135 s. ISBN 80-214-3062-1. A.R. Marder A.R. The matallurgy of zinc-coated steel, Progress in material science 45, 2000

Internetové zdroje Online časopis Povrcháři [online]. 2007-11, 2011-1 [cit. 2011-04-5]. Dostupné z WWW: . VŠCHT, Korozní inţenýrství [online]. 2009, poslední revize 20.11.2009 [cit. 2010-3-10]. Dostupné z: . MICHNA, Štefan. Koroze a ochrana materiálů [online]. 2008, poslední revize 19.7.2008 [cit. 2010-4-9]. Dostupné z:˂http://www.stefanmichna.com/download/ opory/koroze_a_ochrana_materialu.pdf˃. MICHNA, Štefan. Korozní vlastnosti ţeleza a jeho slitin [online]. 2008, poslední revize 2. 6. 2008 [cit. 2010-4-18]. Dostupné z: ˂http://www.stefanmichna.com/ download/koroze/korozni-vlastnosti-zeleza-a-jeho-slitin.pdf˃

SEZNAM POUŢITÝCH NOREM ČSN ISO 7384

Korozní zkoušky v umělé atmosféře. Všeobecné poţadavky, 1994

ČSN ISO 9227

Korozní zkoušky v umělých atmosférách. Zkoušky solnou mlhou, 1994

ČSN ISO 6988

Kovové a jiné anorganické povlaky. Zkouška oxidem siřičitým s povšechnou kondenzací vlhkosti, 1994

ČSN 038131

Korozní zkouška v kondenzační komoře, 1973

ČSN EN ISO 3892 Konverzní povlaky na kovových materiálech – Stanovení plošné hmotnosti povlaku - Váţkové metody, 2002

58

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Rovnoměrná koroze(Bartoníček, 1966) ........................................................................ 10 Obr. 2 Bodová koroze(Bartoníček, 1966)................................................................................. 10 Obr. 3 Důlková koroze(Bartoníček,1966) ................................................................................ 11 Obr. 4 Mezikrystalová koroze(http://konstrukce.cz) ................................................................ 11 Obr. 5 Transkrystalická koroze(http://ime.fme.vutbr.cz) ......................................................... 12 Obr. 6 Štěrbina mezi dvěma plechy(http://vscht.cz) ................................................................. 12 Obr. 7 Lokální odzinkování mosazi(http://vscht.cz) ................................................................. 13 Obr. 8 Černěné šrouby(hobbyeshop.cz)...................................................................................16 Obr. 9 Černěný rám pistole(http://czub.cz) ............................................................................. 16 Obr. 10 Elektrolitická lázeň(http://www.astronom.cz) ............................................................ 17 Obr. 11 Eloxované páčky (http://bomex.cz)........ .................................................................... 17 Obr. 12 Eloxované šrouby(http://netbike.cz)............... ............................................................ 17 Obr. 13 Chromovaná tyč hydraulického válce(http://amp-hydraulika.cz) ............................... 18 Obr. 14 Okrasný chromovaný šroub(http//bike-in.cz) ............................................................. 19 Obr. 15 Chromovaná nádrţ motocyklu(http://chromovani-zajic.cz) ....................................... 19 Obr. 16 Niklovaný PC šroub(http://ispshop.cz) ....................................................................... 20 Obr. 17 Fosfátovaný samořezný šroub(http://foerch.cz) .......................................................... 20 Obr. 18 Galvanický povlak – Bílý zinek ................................................................................... 23 Obr. 19 Galvanický povlak – Ţlutý zinek ................................................................................. 23 Obr. 20 Ţárové zinkování ......................................................................................................... 23 Obr. 21 Povlak Dacromet 500 LC ............................................................................................ 24 Obr. 22 Pevnostní šroub 46Cr1................................................................................................ 24 Obr. 23 Bainitická struktura šroubu po popuštění ................................................................... 25 Obr. 24 Průběh odmoření ochranného povlaku - Bílý zinek .................................................... 27 Obr. 25 Průběh odmoření ochranného povlaku - Ţlutý zinek .................................................. 27 Obr. 26 Průběh odmoření ochranného povlaku - Ţárové zinkování ........................................ 28 Obr. 27 Průběh odmoření ochranného povlaku - Dacromet 500 LC ....................................... 28 Obr. 28 Hmotnost kovové pasivační vrstvy ............................................................................. 29 Obr. 29-30 Metalografický výbrus – Bílý zinek........................................................................ 30 Obr. 31-32 Metalografický výbrus - Ţlutý zinek ...................................................................... 30 Obr. 33-34 Metalografický výbrus − Ţárový zinek .................................................................. 31 Obr. 35 Porušení celistvosti zinkového povlaku ....................................................................... 31

59

Obr. 36-37 Metalografický výbrus − Dacromet 500 LC .......................................................... 32 Obr. 38-39 Metalografický výbrus − pevnostní šroub 46Cr1 .................................................. 33 Obr. 40 Tloušťka povlaku dosaţena jednotlivými technologiemi v µm .................................... 33 Obr. 41 Mikrotvrdosti jednotlivých pasivačních povlaků ........................................................ 35 Obr. 42 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Bílý zinek .............................. 37 Obr. 43 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Ţlutý zinek ............................ 38 Obr. 44 Vizuální hodnocení povlaku - Ţárový zinek ................................................................ 39 Obr. 45 Vizuální hodnocení povlaku - Dacromet 500 LC ........................................................ 40 Obr. 46 Vizuální hodnocení pevnostního šroubu bez povrchové ochrany ............................... 41 Obr. 47 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Bílý zinek .............................. 43 Obr. 48 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Ţlutý zinek ............................ 44 Obr. 49 Vizuální hodnocení povlaku − Ţárový zinek ............................................................... 45 Obr. 50 Vizuální hodnocení povlaku − Dacromet 500 LC ...................................................... 46 Obr. 51 Vizuální hodnocení pevnostního šroubu bez povrchové ochrany ............................... 47 Obr. 52 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Bílý zinek .............................. 49 Obr. 53 Vizuální hodnocení povlaku galvanického zinkování – Ţlutý zinek ............................ 50 Obr. 54 Vizuální hodnocení povlaku − Ţárový zinek ............................................................... 51 Obr. 55 Vizuální hodnocení povlaku − Dacromet 500 LC ...................................................... 52 Obr. 56 Vizuální hodnocení pevnostního šroubu bez povrchové ochrany ............................... 53

SEZNAM TABULEK Tabulka 1 Min. a max. hodnoty C u šroubů 8.8 ....................................................................... 25 Tabulka 2 Hmotnostní úbytky jednotlivých povlaků ............................................................... 26 Tabulka 3 Mikrotvrdosti jednotlivých vzorků, měřeno metodou dle Vickerse ...................... 34

* 60

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Recommend Documents