Rodzaje pokrycia elementów złącznych i ich charakterystyka

Z racji powszechnego użycia różnego rodzaju elementów złącznych nie trzeba nikogo przekonywać o ich skuteczności oraz funkcjonalności. Bez nich żaden produkt nie byłby w stanie odpowiednio działać. Nie mniejsze znaczenie ma bezpieczeństwo konstrukcji, które zapewniają elementy złączne. Aby zapewnić przy tym maksymalny poziom zabezpieczenia, niezbędne jest powlekanie materiału. To jeden z najlepszych sposobów na zyskanie przez wkręty, śruby, nity czy blachowkręty dodatkowej odporności. Przyjrzymy się, jakie dokładnie metody stosuje się w celu zwiększenia bezpieczeństwa użytkowania.

Na samym początku warto wiedzieć, że powłoki preaplikowane wykonuje się – w większości przypadków – według ściśle określonych norm. Są one opisane przez różne instytuty normalizacyjne. Najważniejsze z nich to DIN (Deutsches Institut für Normung), PN (tzw. polska norma; ustalana przez Polski Komitet Normalizacyjny) oraz ISO (International Organization for Standarization). Różnice pomiędzy nimi nie są znaczące i zazwyczaj każda norma ma swój odpowiednik w każdej instytucji.

Jakie systemy powłokowe stosuje się w elementach złącznych?

Istnieje wiele sposobów na dodatkowe zabezpieczenie materiałów. Wybór metody uzależniony jest przede wszystkim od założeń projektowych oraz zapotrzebowania. Ogółem pokrycie elementów złącznych dzieli się na metalowe oraz niemetalowe, przy czy pierwsze są znacznie częściej stosowane ze względu na skuteczność, prostotę wykonania i stosunkowo niski koszt. Wśród metod należy wymienić:

1. Cynkowanie galwaniczne. Wykonuje się je zgodnie z normą DIN EN ISO 4052, przy użyciu kąpieli elektrolitycznych. W ten sposób można nałożyć na powierzchnię m.in. cynk, miedź, nikiel czy cynę. Poza tym stosuje się jeszcze złoto oraz srebro. Systemy powłokowe wykorzystujące metodę elektrolityczną mogą być wielowarstwowe. Właściwości ochronne wynikają w dużej mierze z grubości powłoki (standardowo między 5 a 8 μm). Niestety mają one wpływ na własności użytkowe, przez co nie nadają się do zastosowania w przemyśle spożywczym, a także w projektach zakładających wysoką twardość uzyskanych powierzchni.
2. Cynkowanie ogniowe. Powlekane gwinty oraz pozostałe elementy złączne uzyskuje się poprzez zanurzenie ich w ciekłym cynku o temperaturze sięgającej ok. 500ºC. W efekcie powstaje warstwa ochronna o grubości 40-50 μm i jasnoszarym lub lekko żółtym kolorze. Dokładny proces opisuje norma DIN EN ISO 10684. Należy pamiętać, że cynkowanie ogniowe elementów gwintowanych wymaga ich podcięcia, co przekłada się na mniejszą wytrzymałość względem rozciągania.
3. Cynkowanie mechaniczne płatkowe. W wyniku procesu (ISO 12683) powstaje pokrycie Dacromet, czyli cienka, nieelektrolityczna warstwa na bazie wody o srebrzystej, metalicznej albo matowej barwie. Powlekanie materiału tą metodą stosuje się głównie w przypadku stali, staliwa oraz pozostałych stopów żelaza. Należy zwrócić uwagę, że podczas produkcji nie występuje ryzyko pojawienia się korozji wodorowej. Dlatego właśnie cynkowanie mechaniczne płatkowe jest bezkonkurencyjne przy zabezpieczaniu podkładek.
4. Cynkowanie chemiczne lamelowe. Opisane dokładnie w normie ISO 10683. Systemy powłokowe typu ZINTEK, DELTA MAGNI, DELTA PROTECT i im podobne wyróżniają się wyjątkową odpornością korozyjną. Na szczególną uwagę zasługuje technologia ZINTEK, która jest lakierem składającym się z płatków cynku oraz aluminium. Bardzo dobrze przylega do powierzchni stali. Na dodatek nie zawiera żadnych szkodliwych substancji i nie powoduje nawodorowania podłoża. Powlekane gwinty nadają się w związku z tym do zastosowania w przemysłach, które wymagają zachowania szczególnych środków ostrożności. Co więcej, podczas nakładania powłoki ZINTEK można dodać modyfikatory współczynnika tarcia.
5. Chromianowanie. Jego głównym zadaniem jest zwiększenie odporności na korozję powłoki cynkowanej. Aby uzyskać efekt, należy poddać ją pasywacji (czyli chromianowaniu konwersyjnemu). To jednak nie wszystkie zalety metody. Oprócz tego pokrycie elementów złącznych zyskuje pewne walory dekoracyjne. Typowe kolory pasywacji to: biały, żółty i czarny. Żółte powłoki cechują się wyższą odpornością na korozję od pozostałych, ale bezbarwne oraz białe wyróżniają się lepszą wytrzymałością na ścieranie. Uzyskana w ten sposób warstwa ma grubość 3, 5, 8, 12, 15, 20 lub 25 µm, ale istnieje możliwość stworzenia innych.
6. Niklowanie. Ze względu na właściwości metalu, powłoki preaplikowane niklem są dobrze chronione przed rdzewieniem (odpowiada za to warstwa katodowa) oraz agresywnymi kwasami (dzięki pasywnej warstwie tlenków). Ponadto nadają powierzchniom wysoki połysk, a także umożliwiają ich odpowiednie wygładzenie.
7. Chromowanie. Metodę stosuje się, aby powlekane gwinty odznaczały się dużą twardością i odpornością na ścieranie. Jest to możliwe dzięki wyjątkowym cechom chromu. Elektrolityczne powłoki chromowane dzielą się na ochronne oraz techniczne, co ma związek z ich użytkowaniem. Pierwsze – dekoracyjne – uzyskuje się poprzez nakładanie chromu w postaci dwuwarstwowej (Ni/Cr) lub trójwarstwowej (Cu/Ni/Cr) powłoki. Drugie – twarde – polega na bezpośrednim nakładaniu wyłącznie powłoki chromowej. W ten sposób można uzyskać powierzchnię o kolorze srebrnym bądź czarnym.
8. Miedziowanie. Do jego zalet należy zaliczyć wysoki połysk, ułatwione wyrównywanie oraz istotną wgłębność. Przy okazji powlekanie materiału sposobem dekoracyjnym na elementach patynowych zyskuje walory estetyczne, a metodę techniczną używa się do pokrycia tworzyw sztucznych. Ma to znaczenie głównie w galwanoplastyce oraz drukarstwie.
9. Mosiądzowanie. Proces polega na nakładaniu warstwy galwanicznej wykonanej z mosiądzu przy minimum 65% zawartości Cu. Podobnie jak w przypadku miedzi, powłoki preaplikowane w ten sposób dzielą się na techniczne oraz dekoracyjne. Zazwyczaj używa się ich wyłącznie do poprawienia estetyki produktu (np. akcesoriów meblowych czy wyrobów kaletniczych).
10. Srebrzenie. Na jego korzyść przemawia przede wszystkim dobra przyczepność oraz możliwość wytworzenia dużej liczby ośrodków elektrokrystalizacji. W związku z tym warstwa o grubości 1 µm nadaje się przede wszystkim do dekoracji.
11. Oksydowanie. Nazywane również czernieniem stali. Pokrycie elementów złącznych ze stali, staliwa i żeliwa warstwą czarnych tlenków znakomicie chroni je przed rdzewieniem.

Powłoki preaplikowane – jak zbadać ich skuteczność?

Odporność korozyjną powłok bada się przy pomocy testu solnego. Polega ono na umieszczeniu materiału wykorzystującego warstwę ochronną w specjalnej komorze. Znajduje się w niej rozpylony roztwór chlorku sodu o stężeniu 50 g/dm³, czyli tzw. mgła solna. Dzięki temu można łatwo dowiedzieć się, czy systemy powłokowe spełniają swoją funkcję. Badanie trwa od 16 do 96 godzin w zależności od analizowanej próbki. Ocenie zostaje poddany wygląd, liczba defektów oraz ewentualna zmiana właściwości mechanicznych (dokładny przebieg testu opisują normy, np. PN-EN ISO 9227:2012E). Jeśli powłoka spełnia wszystkie wymagania, to może zostać bezpiecznie oddana do użytku.