CC BY
257
Писковой И.Е. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ ВОЕННОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
В работе дана оценка влияния окружающей среды на металлические изделия военной автомобильной техники.
Из проведенного анализа следует, что атмосфера различных районов местности, оказывает разное воздействие на изменение толщины цинкового покрытия.
Одним из средств защиты от коррозии (разрушения) металла, является нанесения защитных покрытий.
Проведенные сравнения защитных методов покрытия, позволяют сделать вывод, что их применение в 1,5-2 раза продлевает их срок службы изделий, по отношению к техники которая не подвергается защитной обработке.
Одной из технологических проблем изготовление металла для военной автомобильной техники является повышение качества и прочности данного материала для его более долговременной работы, устойчивости против коррозии (старения). Военная автомобильная техника эксплуатируется в основном в особых условиях. Рассмотрим влияние окружающей среды и проанализируем некоторые методы защиты от ее воздействия на металл.
Влияние внешних воздействующих факторов на сохраняемость военной автомобильной техники и автомобильного имущества.
При хранении автомобильной техники и имущества скорость процессов старения зависит от ряда факторов, главными из которых является окружающая среда, продолжительность и условия хранения.
Важнейшими коррозионными факторами, обуславливаемыми климатом, являются температура и влажность воздуха, наличие туманов и содержание солей в воздухе.
Окружающую атмосферу условно делят на три категории:
сельскую, промышленную и морскую. Сельская (лесная и горная) атмосфера характеризуется содержанием сернистого ангидрида не более 0,02 мг/м3 воздуха, хлоридов — не более 0,3 мг/м3. Промышленная атмосфера содержит 0,02-2 мг/м3 сернистого ангидрида и 0,3-2 мг/м3 хлоридов. Кроме того, в ней содержится ощутимое для коррозионных процессов количество озона (2х10"6— 6х10'6) и твердых частиц (золы, сажи, пыли). В промышленных городах и районах выпадает из атмосферы 200-1500 т твердых частиц на 1 км2. Морская атмосфера характеризуется содержанием 0,02-0,2 мг/м3 сернистого ангидрида и 2-2000 мг/м3 хлоридов. Исследования влияния влажности воздуха на коррозию стали в атмосфере с различным содержанием сернистого ангидрида показали, что коррозия резко возрастает при влажности более 7 0%. Наибольшее уменьшение толщины слоя цинкового покрытия автомобильных деталей наблюдается в промышленной и морской атмосфере [1].
Изменение толщины цинкового покрытия в зависимости от категории атмосферы.
Тип атмосферы Уменьшение толщины цинкового покрытия, мкм/год
Сельская од од
Городская 5 ГО
Промышленная 11,4
Морская 8,7
Очень жесткие и особо тяжелые коррозионные условия создаются чаще всего во влажном тропическом климате, особенно при сочетании его с промышленной или морской атмосферой. Часто недооценивается отрицательное коррозионное влияние условий хранения автомобильной техники и имущества в хранилищах с плохой вентиляцией. Для предотвращения коррозии необходимо, чтобы увлажненные детали автомобиля быстро высыхали в хранилищах. С точки зрения коррозии, хранение автомобильной техники и имущества в сырых и плохо вентилируемых хранилищах даже более опасно, чем содержание их на открытых площадках.
Возрастающее загрязнение окружающей среды, особенно в городских районах крупных промышленных центров, приводит к резкому увеличению концентрации химически агрессивных веществ в воздухе и на поверхности земли, что также способствует интенсивной коррозии автомобильной техники и имущества. Исследования показывают, что скорость коррозии в районах с повышенной концентрацией промышленных агрессивных газов увеличивается в 2-2,5 раза [2].
Значительно усиливает коррозию автомобилей широкое применение зимой на дорогах каменной соли для предотвращения гололедицы. По самым осторожным подсчетам, вследствие применения химических средств борьбы с гололедом долговечность автомобилей уменьшается примерно на 3 года.
Одними из наиболее вредных действующих фактором внешней среды является температура и влажность воздуха.
Действия повышенной и пониженной температуры ухудшает условия хранения машин и автомобильного имущества, особенно при размещении их на открытых площадках, при этом происходят изменения физических свойств материалов, нарушаются линейные размеры деталей, изменяются размеры сопряжении, происходит деформация деталей из неоднородных материалов.
Результаты воздействия тепла и холода зависят от суточного перепада температур. Действие тепла и холода может быть длительным и периодическим.
При резких колебаниях температуры в течение суток на наружных и внутренних поверхностях деталей и агрегатов конденсируется влага, которая проникает в зазоры, трещины, поры, замерзает в них и за счет объемного расширения вызывает дальнейшее их увеличение и разрушение деталей. Образование льда в зазорах и сочленениях часто вызывает заклинивание агрегатов машин, при этом разрушается защитная пленка масла или краски, в результате чего происходит коррозия.
Понижения и повышения температуры оказывает влияние и на детали из пластмасс, резины и других материалов, ухудшая их качество.
Влажность воздуха.
При хранении машин и автомобильного имущества их поверхность соприкасается непосредственно с водой, являющейся продуктом конденсации влаги из атмосферы, и осадками, выпадающими в виде дождя и снега.
Капли тумана или дождя в зависимости от района образования содержат в себе различные химические соединения солей, кислот, щелочей, газов и другие компоненты в различной концентрации. Попадая на поверхность металлов, они вызывают интенсивную коррозию.
В связи с суточными изменениями температуры происходит увлажнение пыли на поверхности деталей и соответственно наращивание слоя пыли, которая ускоряет коррозию металлов. Пыль содействует развитию плесени.
Воздействие метеорологических и климатических, а также различных комбинаций одновременного действия двух или нескольких факторов окружающей среды при хранении военной автомобильной техники снижают показатели надежности машин.
Между воздействием окружающей среды и изменением состояния машин при их хранении имеются закономерные связи. Так, например, поток отказов (интенсивность отказов) при хранении с течением времени будет изменяться, как показано на рисунке.
Интенсивность отказов определяется как отношение числа отказов объектов за определенный период хранения к числу оставшихся исправными к началу рассматриваемого периода.
Таким образом, для поддержания готовности военной автомобильной техники и автомобильного имущества, находящихся на хранении, необходимо проводить комплекс защитных мероприятий для ограничения действия выше рассмотренных факторов.
2-3 6-8 и. «т
Изменение интенсивности отказов агрегатов в зависимости от срока хранения машин:
1 - на открытых площадках;
2 - в закрытых помещениях;
I зона - рост отказов по причине проявления производственных дефектов, старения отдельных деталей, а также некачественного выполнения работ по обслуживанию машин в период их постановки на хранение;
II зона - поток отказов стабилизируется и становится постоянным;
III зона - увеличение числа отказов по причине коррозии, старения и биоповреждений.
Методы и средства защиты военной автомобильной техники и автомобильного имущества.
Значительные коррозионные потери приходятся на долю автомобильного парка. Рост загрязнения окружающей среды, использование более тонкой листовой стали при изготовлении машин, применение агрессивно-коррозионных веществ для предотвращения гололедицы на дорогах и целый ряд других факторов выдвинули задачу защиты автомобиля от коррозии в число важнейших [3].
При выполнении работ по постановке машин на хранение для защиты их от коррозионных поражений производят внутреннюю консервацию рабочих поверхностей деталей двигателей и агрегатов трансмиссии и наружную консервацию деталей и агрегатов машин.
Защита от коррозии — комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и ингибирование коррозионных процессов, сохранение и поддержание работоспособности сборочных единиц и агрегатов машин, оборудования и сооружений в требуемый период эксплуатации.
Применяемые в настоящее время методы защиты от коррозии разнообразны, выбор их представляет нелегкую задачу, требует знаний вопросов теории коррозии и наличия практического опыта. При разработке мер защиты от коррозии необходимо учитывать конкретные условия эксплуатации, а также вопросы экономии.
Методы защиты металлов и их сплавов от коррозии подразделяются на три группы:
методы воздействия на металл;
методы воздействия на среду и условия эксплуатации;
комбинированные методы.
К методам воздействия на металл относятся легирование металлов, обработки поверхностей (термическая обработка, химическое или электрохимическое полирование, механическая обработка), нанесение защитных покрытий (постоянного, временного и периодического действия).
К методам воздействия на среду и условия эксплуатации относятся электрохимическая защита (катодная и анодная), герметизация (полная и частичная), осушка воздуха (статическое с применением силикагеля или активированного угля, динамическое), создание искусственных сред (с легколетучими нейтрализующими компонентами, с легколетучими ингибиторами и фунгицитами и т.п.).
К комбинированным методам относятся комплекс мер воздействия на металл, среду, комплексное воздействия на металл и среду одновременно.
Рассмотрим некоторые из этих методов, нашедших широкое применение в отечественном автомобилестроении.
Нанесение защитных покрытий постоянного действия.
Металлические покрытия используются в технике для защиты от коррозии разнообразных изделий, деталей машин и приборов.
Наибольшее распространение получили металлические покрытия цинком, кадмием, хромом, никелем, алюминием, медью, свинцом, оловом, латунью и др. Так, например, если автомобильный кузов легкового автомобиля изготовить из оцинкованной стали, то он будет служить в 3 раза дольше. Некоторые зарубежные фирмы изготовляют кузова автомобилей из алюминия.
На защиту стали от коррозии расходуется не менее 4 0% мирового производства цинка.
Неметаллические покрытия используются для повышения коррозионной стойкости металлов путем создания на их поверхности оксидных пленок. В автомобильной промышленности широко применяют оксидирование стальных изделий, алюминия и его сплавов, магния и его сплавов, титана и его сплавов.
Образующиеся на металлах оксидные пленки металлов весьма прочно с ними связаны, часто беспори-сты, и заметно повышают их коррозионную стойкость. Путем химической обработки толщина оксидной пленки может быть доведена до 3-5 мкм.
Наибольшее применение получил метод электрохимического окисления (анодирование), так как коррозионная стойкость таких пленок выше, чем полученных химическим путем. При электрохимическом окислении можно получить пленки толщиной 20-30 мкм и более.
Широкое применение для повышения коррозионной стойкости изделий из стали нашел процесс фосфо-тирования. Фосфатные покрытия представляют собой пленки из труднорастворимых солей железа и цинка.
Лакокрасочные покрытия из неметаллических покрытий находят наибольшее применение. Ассортимент лаков и красок в настоящее время насчитывает более 1000 наименований. К лакокрасочным материалам относятся олифа, краски, эмали, грунты, шпатлевки. Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ (синтетических или природных) в легколетучих органических растворителях. Наиболее распространенными лакокрасочными материалами для покрывных слоев являются алкидные, алкидно-мочевинные, перхлорвиниловые эмали и др. Современные методы нанесения лакокрасочных покрытий разнообразны: с помощью кисти, вальцеванием, распылением, окунанием, электростатическим и электрофоретическим методами.
Последние два метода наиболее широко используются в автомобильной промышленности. После нанесения покрытия на изделие проводят холодную или горячую сушку.
Покрытие полимерами является весьма эффективным методом защиты деталей, сборочных единиц и агрегатов от воздействия окружающей среды. Применяемые для этой цели полимеры весьма разнообразны: полиэтилен, полиизобутилен, полистироль, фторопласты, эпоксидные смолы и др. Полимерные пленки могут иметь толщину в несколько миллиметров. Их наносят из расплава или суспензии кистью, окунанием или газопламенным напылением.
Защитные термостойкие покрытия эффективно защищают металлы и сплавы от высокотемпературной коррозии в агрессивных средах (горячие газы, расплавы). В качестве таких покрытий используются как металлы, так и неметаллы (кремний, бор), оксиды, композиции на основе оксидов, силикаты, эмали, ситаллы, керметы (керамико-металлические композиции).
Наиболее распространены эмалевые покрытия, применяемые для защиты черных металлов, алюминия и их сплавов. Это обусловлено простотой их получения, высокой химической стойкостью и относительно невысокой стоимостью.
Нанесение защитных покрытий временного действия
Среди средств временной защиты широкое распространение получили замедлители коррозии.
Замедлители коррозии снижают скорости коррозии путем введения их в коррозионную среду. Вещества, используемые в качестве замедлителей коррозии, называют ингибиторами.
Ингибитор коррозии — вещество, которое при введении в коррозионную среду (в незначительном количестве) заметно снижает скорость коррозии металла. Различают ингибиторы атмосферной коррозии, летучие ингибиторы, контактные ингибиторы, универсальные ингибиторы, малорастворимые, водорастворимые и маслорастворимые ингибиторы коррозии. В настоящее время в практике эксплуатации машин наибольшее распространение получили присадки (ингибиторы коррозии к моторным и трансмиссионным маслам) АКОР-1, КП, М-1 и М-2, ВНХ-1, ВНХ-5 и др. (обеспечивающее приготовление рабоче-консервационных масел путем добавления присадки к товарным маслам в местах потребления) [4].
Применение ингибиторов рационально в тех случаях, когда объем коррозионной среды не велик или этот объем постоянен и редко обновляется (система смазки агрегатов, система охлаждения и др.).
Механизм ингибирования полностью еще не изучен, однако, общепризнанными являются представления, связанные с образованием на поверхности изделий пассивных пленок их оксидов, гидрооксидов, труднорастворимых солей, адсорбированных слоев.
Электрохимическая защита
Электрохимическая защита может замедлить или устранить коррозию трубопроводов, топливных баков и т.д.
Существуют два метода электрохимической защиты: катодная и анодная защита.
Катодная защита. При катодной защите металлические конструкции соединяются с посторонним анодом из более активного металла (протектор) или к источнику постоянного тока, который вызывает на поверхности защищаемого металла катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. В результате анодные участки металла конструкции превращаются в катодные, а разрушению будет подвергаться присоединенный анод.
Анодная защита. Некоторые металлы, например, хром, никель, титан, сплавы железа, содержащие эти металлы, легко переходят в пассивное состояние, которое сохраняется в окислительных средах. Пассивные пленки поверхности металлов можно создать искусственно за счет анодной поляризации от внешнего источника электрической энергии, что может существенно сократить скорость коррозии. Такой вид борьбы с коррозией получил название анодной защиты. В отличие от катодной защиты положительный полюс источника тока при анодной защите присоединяется к защищаемому изделию, а катоды размещаются вблизи поверхности эксплуатируемых изделий. Анодную защиту целесообразно использовать, если изделие эксплуатируется в сильно агрессивных средах.
Из всего многообразия методов защиты изделий от коррозии при консервации автомобильной техники применяются методы нанесения защитных покрытий временного действия, статическое осушение воздуха в герметизированных объемах с применением в качестве влагопоглотителя силикагеля и их сочетания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов В.В. Учебник военного водителя. Рязань, «Узорочье», 2002, -
544 с.
2. Подчинок В.М. Эксплуатация военной автомобильной техники. Рязань, 1995.
3. Руководство по единым типовым требованиям к паркам воинских частей Вооруженных Сил Российской Федерации. М.: Воениздат, 1992 .
4. Эксплуатация Автомобильной техники в сложных условиях. Руководство. М.: Воениздат, 1984.
