Perché i bulloni ferroviari necessitano di un trattamento superficiale
I bulloni ferroviari funzionano all'aperto per decenni, esposti a pioggia, umidità della zavorra, sali disgelanti e atmosfera industriale. Un bullone in acciaio al carbonio non trattato arrugginisce nel giro di pochi mesi: le scaglie di ruggine sollevano il dado e la rondella, la filettatura si grippa, la sezione perde area e il bullone cede sotto carico di fatica. Il trattamento superficiale ritarda questo processo formando uno strato barriera, una pellicola di conversione o un rivestimento metallico sacrificale. I quattro metodi utilizzati per i bulloni ferroviari - passivazione e fosfatazione, annerimento, elettro-galvanizzazione e rivestimento in zinco-cromo - differiscono così tanto in termini di costi e durata alla corrosione che la scelta corretta è una decisione ingegneristica, non una preferenza.
1. Passivazione e fosfatazione
La passivazione forma una sottile pellicola di ossido sulla superficie del bullone mediante reazione chimica in una soluzione passivante. Il metodo è a basso-costo, offre una migliore resistenza alla ruggine rispetto alla semplice lubrificazione e stabilizza le prestazioni dei rivestimenti successivi. La fosfatazione converte la superficie dell'acciaio in una pellicola di fosfato, che fornisce una buona base per olio e vernice. Due limitazioni sono importanti per il lavoro su pista: le prestazioni di corrosione di un bullone fosfatato dipendono fortemente dalla qualità dell'olio-preventivo contro la ruggine applicato su di esso, e la pellicola di fosfato è ruvida e non-resistente all'usura - non può sopportare urti o piegamenti senza danni. La fosfatazione viene quindi utilizzata principalmente per bulloni che verranno oliati e installati tempestivamente, come componenti interni o articoli di stoccaggio a breve-termine, non per il servizio della linea principale a lunga-esposizione.
2. Annerimento
L'annerimento (ossido nero) è il trattamento superficiale-costo più basso disponibile e la combinazione annerito-più-oliato è una scelta comune nella produzione di bulloni. Il processo produce una pellicola di magnetite nera che non ha quasi nessuna resistenza intrinseca alla ruggine: senza lo strato di olio si corrode rapidamente, quindi il trattamento è buono quanto la manutenzione dell'olio. Durante l'assemblaggio, le filettature interne vengono ingrassate prima dell'avvitamento e la finitura scura conferisce un aspetto curato. Per i bulloni dei binari ferroviari - che non possono essere ri-oliati regolarmente - l'annerimento è una scelta sbagliata per le posizioni esposte, ma rimane accettabile per applicazioni interne protette, aste di misura e fissaggi non-critici dove l'aspetto e i costi contano più della durata alla corrosione.
3. Elettro-zincatura
L'elettro-galvanizzazione deposita uno strato di zinco di 5-30μm da un bagno elettrolitico, producendo una finitura brillante e uniforme in colori come giallo brillante, bianco argento-, nero e verde militare. I suoi vantaggi sono il basso costo, un processo semplice e un bell'aspetto. La resistenza alla corrosione è solo moderata - il rivestimento sottile si consuma in tempi relativamente brevi in servizio all'aperto - e il processo comporta un rischio reale di infragilimento da idrogeno, poiché l'idrogeno generato al catodo può diffondersi nell'acciaio. I bulloni di grado 10.9 e superiore generalmente non sono affatto elettro-zincati e anche i bulloni di grado 8.8- necessitano di un trattamento di cottura con rilascio di idrogeno dopo la placcatura. Per i bulloni a stecca ferroviaria su binari esposti, l'elettrozincatura è solitamente specificata solo in ambienti protetti o dove l'estetica è un requisito di progetto.
4. Rivestimento in zinco-cromo
Il rivestimento di zinco-cromo, chiamato anche rivestimento in scaglie di zinco, è un sistema dip{1}}spin a base acquosa che deposita uno strato grigio argento-di 6-10μm di scaglie di zinco e alluminio legati in una matrice cromata. I suoi punti di forza sono un'eccellente resistenza alla corrosione anche con applicazioni sottili, una buona permeabilità nelle filettature, una forte adesione e - criticamente - assenza di infragilimento da idrogeno, poiché non è coinvolto alcun passaggio elettrolitico. Resiste anche a temperature fino a diverse centinaia di gradi Celsius, il che è importante per i bulloni vicino a componenti caldi. I limiti sono la bassa durezza del rivestimento e la scarsa resistenza all'usura, pertanto uno smontaggio ripetuto può danneggiare la pellicola e ridurre le prestazioni di corrosione. - i bulloni rimossi regolarmente possono funzionare meglio con uno strato di diffusione di zinco-ferro. Inoltre, la formulazione tradizionale del cromo esavalente contiene Cr6+ tossico, che è limitato dalle normative ambientali e ha spinto il mercato verso varianti di cromo trivalente o prive di cromo per molte applicazioni.
Come scegliere il trattamento giusto
| Trattamento | Spessore tipico | Resistenza alla corrosione | Rischio idrogeno | Costo relativo | Miglior dovere |
|---|---|---|---|---|---|
| Passivazione/fosfatazione | Pochi μm | Basso, dipendente dal petrolio- | Nessuno | Basso | Stoccaggio al coperto o a breve termine-oliato |
| Annerimento | 1-2 μm | Molto basso senza olio | Nessuno | Il più basso | Per interni, orientato all'aspetto- |
| Elettro-zincatura | 5-30 μm | Moderare | Sì, sopra il grado 8.8 | Basso | Ambienti miti, non-strutturali |
| Rivestimento in zinco-cromo | 6-10 μm | Eccellente | Nessuno | Medio | Binario esposto, bulloni-ad alta resistenza |
Per i bulloni a stecca ferroviaria esposti e i bulloni per piastre di base, la scelta pratica è solitamente tra elettro-zincatura e rivestimento di zinco-cromo: elettro-zincatura dove prevalgono costo e aspetto e l'ambiente è mite, zinco-cromo dove dominano la resistenza alla corrosione e la sicurezza dell'idrogeno. Per i bulloni ad alta-resistenza superiore a 8,8, il rischio di infragilimento da idrogeno-esclude l'elettro-galvanizzazione, lasciando lo zinco-cromo o lo-zinco per immersione a caldo come opzioni sicure.
Domande frequenti
Perché i bulloni anneriti non possono essere utilizzati su piste esposte?
L'annerimento non ha quasi alcuna resistenza alla ruggine intrinseca; la sua protezione deriva dalla pellicola d'olio, che si lava via o si degrada durante il servizio all'aperto. Una volta esaurito l'olio, un bullone annerito si arrugginisce rapidamente.
Qual è la differenza tra la zincatura elettro-e la zincatura a caldo-?
L'elettro-galvanizzazione deposita elettroliticamente 5-30μm di zinco; la zincatura a caldo-immerge il bullone nello zinco fuso per creare un rivestimento in lega da 50-100 μm con una durata alla corrosione molto più lunga. L'immersione a caldo è lo standard per i bulloni dei binari esposti della linea principale.
Perché l'infragilimento da idrogeno è un problema con i bulloni elettro-galvanizzati ad alta-resistenza?
L'idrogeno generato durante la placcatura può entrare nel reticolo dell'acciaio e causare fratture fragili ritardate sotto carico sostenuto. I bulloni di grado 10.9 sono generalmente esclusi dalla zincatura elettro-; i gradi inferiori necessitano di cottura per rilasciare idrogeno.
Il cromo esavalente nei rivestimenti di zinco-cromo è un problema?
Il cromo esavalente è tossico ed è soggetto a limitazioni da parte delle normative ambientali e di salute sul lavoro-. I sistemi di zinco lamellare trivalente-cromo e cromo-esente forniscono una protezione dalla corrosione comparabile senza la restrizione Cr6+.
I bulloni rivestiti in zinco-cromo necessitano di un rivestimento superiore?
Alcune specifiche aggiungono un rivestimento o un sigillante organico per migliorare la resistenza all'usura e il comportamento alla torsione, poiché il rivestimento lamellare di base è relativamente morbido. La scelta del topcoat fa parte delle specifiche del sistema di rivestimento.