螺紋的腐蝕通常發(fā)生在螺紋副暴露在腐蝕性環(huán)境中，如潮濕、酸堿等環(huán)境。螺紋腐蝕失效主要是由于螺紋材料外部環(huán)境中的某些化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，生成的腐蝕物在螺紋牙表面粘附不牢而易脫落，新的螺紋牙表面繼續(xù)與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)（見圖1），如此過程的重復(fù)就形成了腐蝕性磨損。這種腐蝕性磨損會(huì)導(dǎo)致螺紋牙的側(cè)表面和牙頂受到損傷，進(jìn)而影響螺紋的正常功能，造成失效。腐蝕會(huì)導(dǎo)致螺紋表面出現(xiàn)銹蝕、坑蝕等問題，進(jìn)而降低螺紋的強(qiáng)度和密封性能，最終導(dǎo)致失效。

縫隙腐蝕是金屬與金屬或非金屬間縫隙中的介質(zhì)遷移受阻，導(dǎo)致縫隙內(nèi)金屬加速腐蝕的現(xiàn)象。它是常見的局部腐蝕類型之一，不論在何種腐蝕介質(zhì)中，只要金屬或合金存在縫隙，如焊接、鉚接、螺紋連接等，都可能引發(fā)縫隙腐蝕。Rui等通過化學(xué)成分分析、硬度測(cè)試和金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)L80油管螺紋表面腐蝕產(chǎn)物致密，主要由FeCO₃組成，但存在大量微裂紋和微孔。螺紋試樣腐蝕的主要原因是高礦化度地層水、CO₂等腐蝕介質(zhì)對(duì)螺紋接頭的滲透產(chǎn)生的縫隙腐蝕。張穎等研究了螺紋縫隙腐蝕的材料、環(huán)境、縫隙尺寸等因素。發(fā)現(xiàn)，在材料中添加適量的Cu、Cr、Mo、N等能抑制材料縫隙腐蝕的發(fā)生，不同的縫隙寬度會(huì)影響縫隙內(nèi)溶解氧的濃度，并最終影響縫隙內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的形成，縫隙的長(zhǎng)度則主要影響縫隙內(nèi)腐蝕介質(zhì)的pH。

應(yīng)力腐蝕開裂是材料在特定腐蝕介質(zhì)中，受到低于屈服強(qiáng)度的拉伸應(yīng)力后發(fā)生的脆性斷裂。研究認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕開裂分為裂紋孕育期、裂紋擴(kuò)展期和裂紋斷裂期。由于裂紋孕育期過長(zhǎng)，通常導(dǎo)致無預(yù)兆的斷裂，造成嚴(yán)重后果。在腐蝕環(huán)境中，螺紋表面會(huì)受到應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同影響，導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生。這些裂紋通常源于表面缺陷，并向內(nèi)擴(kuò)展。持續(xù)的應(yīng)力和腐蝕會(huì)導(dǎo)致裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致螺紋斷裂。裂紋的擴(kuò)展與螺紋的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，如角度、深度、潤(rùn)滑等。不同腐蝕介質(zhì)對(duì)螺紋的腐蝕作用不同。劉華東研究了車用刀具固定的高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓斷裂原因。通過宏觀觀察、斷口成分分析（見表1）以及硬度（見表2）、金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其硫元素含量超標(biāo)，硬度符合標(biāo)準(zhǔn)。其斷口特征主要為沿晶斷裂，表面有腐蝕產(chǎn)物，腐蝕區(qū)域螺紋底部存在伴有樹枝狀裂紋的腐蝕坑（見圖2）。得出結(jié)論，清洗設(shè)備時(shí)，清洗劑滲入螺栓連接處引起腐蝕，并在應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。

表1 螺紋斷裂區(qū)域的化學(xué)成分

表2 斷裂螺紋斷裂區(qū)域的硬度檢測(cè)

在振動(dòng)環(huán)境下，螺栓連接結(jié)構(gòu)的支撐面及螺紋接觸面均呈現(xiàn)微動(dòng)損傷現(xiàn)象，其主要發(fā)生在預(yù)緊力作用區(qū)域。Liu等發(fā)現(xiàn)隨著這些損傷不斷積累，不僅會(huì)使預(yù)緊力下降，還容易造成螺紋牙變薄、表面出現(xiàn)腐蝕等現(xiàn)象，造成螺紋松脫。在腐蝕環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)會(huì)對(duì)螺紋表面產(chǎn)生腐蝕作用，使螺紋表面間隙增大，導(dǎo)致螺紋松脫。 

化學(xué)腐蝕是指螺紋副在特定化學(xué)環(huán)境下與腐蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料逐漸溶解或破壞。這種腐蝕通常與介質(zhì)中的化學(xué)成分、溫度、壓力等因素有關(guān)。為了預(yù)防化學(xué)腐蝕，可以采取使用耐腐蝕材料來減少腐蝕速率，或者涂抹防腐涂層來減少螺紋副與腐蝕性介質(zhì)的接觸來減少腐蝕。 

在螺紋表面涂覆一層耐腐蝕的化學(xué)物質(zhì)，如油漆、涂料等，可以形成一層保護(hù)膜，阻止腐蝕介質(zhì)與螺紋表面接觸，從而起到防腐作用。在螺紋連接件表面涂抹防腐涂層，可以有效地防止腐蝕。涂層的防腐蝕性能是通過其對(duì)腐蝕性組分的阻隔作用，避免其與金屬表面發(fā)生接觸（屏蔽機(jī)理），或?qū)饘俦砻娓g反應(yīng)進(jìn)行干擾破壞（電化學(xué)保護(hù)機(jī)理），從而實(shí)現(xiàn)防止金屬腐蝕的目標(biāo)。張智通過對(duì)惡劣環(huán)境下油井管腐蝕機(jī)理的分析，提出了一種新型的防護(hù)涂層材料。該涂層具有良好的耐腐蝕性能和附著力，能夠有效地保護(hù)油井管不受腐蝕的侵害。 

鋅鋁涂層處理工藝是一種表面處理技術(shù)，其主要原料為鋁粉、鋅粉和鉻酐（見圖3）。該工藝通過浸涂或噴涂方法將涂層應(yīng)用于工件表面，并在高溫條件（300~350℃）下進(jìn)行燒結(jié)，從而形成緊密的涂層。該工藝具有高耐蝕、高耐溫、無氫脆等特點(diǎn)，適用于高強(qiáng)度鋼質(zhì)緊固件的腐蝕防護(hù)，是最常見的緊固件表面處理方式之一。無鉻鋅鋁涂層具有環(huán)境友好、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種重要的防腐蝕涂層材料。然而，該涂層在耐高溫和耐磨損性能方面仍存在一定的挑戰(zhàn)。

鋅鋁涂層由于其卓越的耐腐蝕性能和相對(duì)低廉的成本，在戶外設(shè)施及建筑材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在高溫環(huán)境下，其性能會(huì)顯著降低，并且在某些化學(xué)物質(zhì)面前的抵抗能力有限。相比之下，鋁涂層以其卓越的耐熱性和耐候性而聞名，尤其在航空航天和汽車工業(yè)中占據(jù)重要地位。但是，鋁涂層的附著力較弱，且在特定環(huán)境下易發(fā)生氧化反應(yīng)。二硫化鉬涂層憑借其優(yōu)異的潤(rùn)滑性能和抗磨損特性，在機(jī)械領(lǐng)域中占據(jù)一席之地，尤其適用于高溫高壓的工作環(huán)境。然而，該涂層的耐腐蝕性能不足，且在潮濕環(huán)境下易失效。有機(jī)氟涂層因其卓越的耐化學(xué)性和耐候性，在化工設(shè)備和船舶行業(yè)中得到應(yīng)用，但其高昂的成本和復(fù)雜的施工過程限制了其更廣泛的應(yīng)用。 

緩蝕劑防護(hù) 

緩蝕劑可以降低腐蝕速率，主要通過吸附在金屬表面，改變金屬表面特性來抑制腐蝕反應(yīng)。通常作為防銹劑或防腐劑使用，與螺紋表面反應(yīng)形成保護(hù)膜，防止腐蝕性介質(zhì)接觸。緩蝕劑發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)金屬到新型合金及復(fù)合構(gòu)件的防護(hù)，從單一組分到復(fù)合配方，從水介質(zhì)到油、氣、涂層、混凝土，從均勻腐蝕到點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕的變化。

緩蝕劑技術(shù)已成為成熟的應(yīng)用技術(shù)。緩蝕劑分為無機(jī)和有機(jī)兩類，根據(jù)作用機(jī)理分為陽極、陰極和混合型，根據(jù)用途分為油溶、水溶和酸性介質(zhì)，根據(jù)環(huán)境溫度分為常溫和高溫，根據(jù)揮發(fā)性分為揮發(fā)性和非揮發(fā)性。 

史明慧等研究了緩蝕劑添加量對(duì)Q235螺紋鋼耐蝕性能的影響。通過浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試（見圖4），評(píng)估了不同添加量的緩蝕劑對(duì)螺紋鋼的防護(hù)效果。研究表明，ZnSO₄緩蝕劑可以提高材料的腐蝕電位并降低腐蝕電流，顯著降低Q235螺紋鋼在模擬雨水中的腐蝕速率。Q235在模擬雨水中的腐蝕主要通過電化學(xué)極化形式進(jìn)行。適量的緩蝕劑添加可以顯著提高螺紋鋼的耐蝕性能。然而，過量的緩蝕劑添加可能導(dǎo)致防護(hù)效果下降。因此，合理控制緩蝕劑的添加量對(duì)于螺紋鋼的防護(hù)效果至關(guān)重要。

圖4 (a)電化學(xué)等效電路示意圖;(b)等效電路的Nyquist圖

對(duì)螺紋連接件進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚珏冧\、鍍鉻、鍍鎳等，可以增加其耐腐蝕性。鍍鋅技術(shù)是緊固件表面處理中最常見的應(yīng)用技術(shù)，鍍鋅的典型工藝分為熱鍍鋅、電鍍鋅、機(jī)械鍍鋅等。熱鍍鋅就是將鋼鐵件浸入熔融鋅液中，使表面形成一層鋅層，其耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，但是不適用于高強(qiáng)度緊固件，主要是由于高溫下易發(fā)生回火軟化。電鍍鋅利用電解質(zhì)原理，將緊固件作為陰極，形成鋅保護(hù)膜，提高耐腐蝕性，延長(zhǎng)使用壽命，用于螺紋連接件、緊固件等。但鍍層較薄，防護(hù)效果有限，電解易引發(fā)氫脆，需去氫處理。機(jī)械鍍鋅通過鋅粉沉積和沖擊載荷形成金屬顆粒堆積層，在室溫常壓下進(jìn)行，無需電場(chǎng)輔助。 

三種工藝都需要注意控制鍍鋅層厚度、均勻性、附著力等。滲鋅層具備均勻、緊密的特性，擁有較高的耐磨性，厚度可精確控制，同時(shí)不會(huì)引發(fā)氫脆現(xiàn)象。然而，粉末滲鋅層在抗腐蝕性能方面表現(xiàn)并不十分突出，滲鍍過程耗時(shí)較長(zhǎng)，效率相對(duì)較低。鄧本金研究了鋅(鋁)以及有機(jī)涂料對(duì)鋼鐵底材的雙重防腐保護(hù)。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鋅(鋁)涂層和有機(jī)涂料可以形成一層雙重防護(hù)膜，有效地提高了鋼鐵底材的防腐性能。鋅(鋁)涂層、有機(jī)涂料等防腐材料可以形成雙重防護(hù)膜，提高鋼鐵底材的防腐性能。楊永偉等研究了機(jī)械鍍鋅、電鍍鋅、熱浸鍍鋅三類鍍層（見表3）。隨著鍍層厚度的增加，材料的耐蝕性能得以提升。當(dāng)機(jī)械鍍鋅層的厚度達(dá)到一定程度時(shí)，其自腐蝕電位明顯正向移動(dòng)，使得腐蝕電流密度與電鍍鋅及熱浸鍍鋅相當(dāng)。 

鍍鉻工藝分為裝飾性和功能性兩種。裝飾性鍍鉻是電鍍工藝外層，厚度一般在0.25~0.5μm，光亮鮮艷，耐化學(xué)介質(zhì)，主要起裝飾、封閉和耐磨的作用；功能性鍍鉻厚度一般在5~50μm，硬度大，一般用于提升螺紋緊固件抗磨損性，延長(zhǎng)使用壽命。Sun等研究了鉻在鉻鍍工藝中的分布、可溶性和化學(xué)形態(tài)。通過對(duì)一個(gè)鉻鍍工藝現(xiàn)場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，鉻在鍍液中的分布不均勻，且存在一定的可溶性。鉻鍍工藝中鉻的分布、可溶性和化學(xué)形態(tài)對(duì)于優(yōu)化工藝、減少環(huán)境污染具有重要意義。劉曉強(qiáng)等研究了鉻酸酐質(zhì)量濃度、溫度和電流密度對(duì)電鍍鉻層性能的影響，發(fā)現(xiàn)最佳工藝為：鉻酸酐質(zhì)量濃度230g/L，溫度55~60℃，電流密度25～35A/dm²。

鎳鍍層可快速形成均勻致密的鈍化層，耐酸、堿及各種腐蝕介質(zhì)，提升緊固件的耐磨性，鎳鍍層在惡劣環(huán)境下也能保持良好的性能。魯喜寧等對(duì)鍍鎳鎢合金試樣進(jìn)行了疲勞測(cè)試。試樣的斷口有疲勞源、裂紋拓展區(qū)、順斷區(qū)三個(gè)部分（見圖5a）。鍍層在裂紋源處有塊狀脫落，鍍層與基體基本沒有脫落（見圖5d），說明與基體的結(jié)合良好。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鍍鎳鎢合金可以有效地提高鉆具螺紋的耐腐蝕性能，并且具有較好的耐磨性。鍍鎳鎢合金可以提高鉆具螺紋的耐腐蝕性能和耐磨性。

鍍鎘和鍍鋅化學(xué)性質(zhì)相似，可用于高強(qiáng)度緊固件表面防護(hù)，但在高溫下易擴(kuò)散滲透到基材中造成“鎘脆”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致連接件的強(qiáng)度和韌性下降，影響其使用壽命和安全性，同時(shí)鎘離子和蒸氣毒性較大，對(duì)環(huán)境和人體健康有害。電鍍零件絕緣工裝可以提高電鍍工藝的穩(wěn)定性和效率。 

銀鍍層具有化學(xué)惰性，高溫抗氧化性能好，在高溫下仍能保持良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。高溫下不易發(fā)生變形和開裂，具有良好的機(jī)械性能。高溫下不易產(chǎn)生有害氣體，環(huán)保性能好。且銀晶體結(jié)構(gòu)具有12個(gè)滑移系，延展性好，摩擦工況中潤(rùn)滑減摩性能佳。銀鍍層還能作為潤(rùn)滑層，能有效防止高溫后螺紋出現(xiàn)粘粘咬死現(xiàn)象。