NASA Fastener Design Manual緊固件設計手冊 - 翻譯 4/14

達文中

腐蝕

電偶腐蝕

當兩種不同的金屬在電解液中存在時，如水分，就會形成電偶腐蝕。兩種材料中最活躍的(陽極)被侵蝕并沉積在最不活躍的(陰極)上，這就產生一個電偶電池（原電池）。請注意，下面列表中兩種材料的距離越遠，它們之間的電偶作用就越大。
根據參考文獻2，一些常用工程材料的電偶等級如下:

1	Magnesium (most  active)	鎂(最活躍)
2	Magnesium alloys	鎂合金
3	Zinc	鋅
4	Aluminum 5056	鋁5056
5	Aluminum 5052	鋁5052
6	Aluminum 1100	鋁1100
7	Cadmium	鎘
8	Aluminum 2024	鋁2024
9	Aluminum 7075	鋁7075
10	Mild steel	低碳鋼
11	Cast iron	鑄鐵
12	Ni-Resist	Ni-抗蝕劑
13	Type 410 stainless  (active)	410型不銹鋼(活潑型)
14	Type 304 stainless  (active)	304型不銹鋼(活潑型)
15	Type 316 stainless  (active)	316型不銹鋼(活潑型)
16	Lead	鉛
17	Tin	錫
18	Muntz Metal	蒙氏銅鋅合金
19	Nickel (active)	鎳(活潑型)
20	Inconel (active)	鉻鎳鐵合金(活潑型)
21	Yellow brass	黃銅
22	Admiralty brass	金鐘黃銅
23	Aluminum brass	鋁黃銅
24	Red brass	紅黃銅
25	Copper	銅
26	Silicon bronze	硅青銅
27	70-30 Copper-nickel	70-30銅鎳
28	Nickel (passive)	鎳(鈍化)
29	Inconel (passive)	鉻鎳鐵合金(鈍化)
30	Titanium	鈦
31	Monel	蒙乃爾銅-鎳合金
32	Type 304 stainless  (passive)	304型不銹鋼(鈍化)
33	Type 316 stainless  (passive)	316型不銹鋼(鈍化)
34	Silver	銀
35	Graphite	石墨
36	Gold  (least active)	金(最不活躍)

請注意活潑型和鈍化后的304和316不銹鋼之間的差異。這里的不同之處在于通過在空氣爐中氧化或用酸處理表面來完成不銹鋼的鈍化以形成氧化物。這種氧化物表面在兩種情況下都是相當惰性的，并且阻止了電偶活動。由于陽極在原電池中被腐蝕，所以它應該在電池中占較大的質量。因此，在不銹鋼或銅組件中使用碳鋼作為緊固件是一個糟糕的設計。反過來，不銹鋼緊固件可用于碳鋼組裝件，因為碳鋼是陽極。鎂因為它的高強度重量比經常用于輕量化設計。但是，它必須通過惰性涂層(如鉻酸鋅底漆)與緊固件完全絕緣，以防止極端的電偶腐蝕。在電鍍系列中，鍍鎘或鍍鋅緊固件與鎂最接近，如果絕緣涂層損壞，則是最兼容的緊固件。

應力腐蝕


當受張拉應力的零件被放置在腐蝕性環境中時，就會發生應力腐蝕。由于腐蝕環境產生的表面缺陷(通常是凹坑或裂紋)，一個原本具有延展性的部件將在應力遠遠低于其屈服強度的情況下失效。一般來說，材料的熱處理溫度越高(延展性越低)，就越容易發生應力腐蝕開裂。緊固件材料制造商已被迫開發對應力腐蝕不太敏感的合金。在不銹鋼中，A286是航空航天使用的最佳緊固件材料。它不容易受到應力腐蝕，但通常只生產160-ksi的強度(220-ksi A286緊固件可在特殊訂單上購買)。強度較高的不銹鋼緊固件(180至220 ksi)通常由17-7PH或17-4PH制成，它們易受應力腐蝕。如果成本和進度不受限制，可以使用Inconel 718或MP35N等高溫合金緊固件。另一種選擇是使用高強度碳鋼(如H-11工具鋼，其極限抗拉強度為300 ksi)并提供腐蝕保護。然而，如果可能的話，最好使用更多普通品種和強度的緊固件，而不是使用一些高強度的緊固件。高強度緊固件(大于180 ksi) 會帶來諸如脆性、嚴重缺陷、鍛造封頭、螺紋冷軋以及嚴格質量控制程序的必要性等問題。質量控制程序如X射線，染料滲透劑，磁粉，螺紋半徑和頭部半徑檢查通常用于高強度緊固件。


氫脆


每當存在與金屬密切相關的游離氫時，就會發生氫脆。由于大多數電鍍工藝是電解槽類型，因此存在游離氫。有三種類型的氫金屬問題：(1)氫化學反應：氫與鋼中的碳反應生成甲烷氣體，可導致裂紋擴展和強度降低。氫還可以與鈦、鈮或鉭等合金元素反應形成氫化物。因為氫化物的強度不如母體合金，所以它們降低了零件的整體強度。(2)內部氫脆：氫可以留在溶液間隙中(顆粒結構中的晶格之間)，并可在驗證測試后導致延遲故障。沒有外部跡象表明氫的存在。(3)氫環境脆化：這個問題只存在于高壓氫環境中，例如儲氫罐。除非緊固件在這種壓力容器內受到壓力，否則不會出現這種情況。大多數電鍍規范現在規定，電鍍碳鋼緊固件“應在電鍍后2小時內在375±25°F下烘烤不少于23小時，以提供氫脆消除”(參照標準MIL-N-250270)。過去，電鍍規范要求在電鍍后4小時內在375±25°F下烘烤3小時。這種處理被發現是不充分的，大多數電鍍規格在1981-82年度進行了修訂，以反映較長的烘烤時間。氫脆問題也隨著緊固件強度的增加而增加。


鎘脆


材料的氫脆失效被很好地記錄下來(參考文獻 3)，但是鎘的脆化效應并沒有被記錄。一般來說，鍍鎘部件的失效起始溫度可低至325°F，而鎘脆失效起始溫度可達400°F左右。由于這兩種元素通常都存在于鍍鎘部件的高溫故障中，兩者的共同作用可能是災難性的。每種方法的單獨作業效果是不確定的。

參考文獻:

2. Pret,ention uf Material Deterioration: CorrosionControl Course–U. S. Army Logistics Engineering Directorate–Nov. 1970.
3. ASM Metals Handbook. 9th ed., Vols. 1, 2, 3, 5, 13, American Society for Metals, Metals Park, OH

  

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