CC BY
60
Сообщения
УДК 620.193.2
Сергиенко В.И., Денисенко Ю.П., Добржанский В.Г., Огнев Ю.Ф., Бердиев О.Ш., Душина Н.Е.
СЕРГИЕНКО ВАЛЕНТИН ИВАНОВИЧ - академик, доктор химических наук, вице-президент РАН, директор (Институт химии ДВО РАН, Владивосток). Владивосток, Проспект 100-летия Владивостока, 159, 690022. E-mail: [email protected] ДЕНИСЕНКО ЮРИЙ ПЕТРОВИЧ - управляющий директор (Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина). Пл. Ленина, 5, Арсеньев, 692335. E-mail: [email protected]
ДОБРЖАНСКИЙ ВИТАЛИЙ ГЕОРГИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, руководитель группы перспективных технологий (Институт химии ДВО РАН, Владивосток). Пр-т 100-летия Владивостока, 159, 690022. E-mail [email protected]
ОГНЕВ ЮРИЙ ФЁДОРОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры самолёто- и вертолётостроения, директор филиала (Филиал Дальневосточного федерального университета в г. Арсеньеве), Новикова ул. 20, Арсеньев, 692335. E-mail: [email protected]
БЕРДИЕВ ОЛЕГ ШАМИЛЬЕВИЧ - заместитель директора филиала по НИР и развитию (Филиал Дальневосточного федерального университета в г. Арсеньеве). Новикова ул. 20, Арсеньев, 692335. E-mail: [email protected] ДУШИНА НАДЕЖДА ЕФИМОВНА - инженер-технолог (Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение, г. Комсомольск-на-Амуре). Советская ул., 1, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, 681018.
Лабораторные испытания коррозионной стойкости легких сплавов методом соленого тумана путем моделирования субтропического климата
При эксплуатации военно-транспортных и гражданских самолетов в тропическом и морском климате высоки риски коррозионного повреждения конструкций. Основная причина: в контактной коррозии между материалами, степени термической обработки и пластической деформации; в эксплуатации техники в прибрежных районах тропических и субтропических зонах Юго-Восточной Азии и тяжёлых климатических условиях (Китай, Вьетнам, Индия).
В связи с этим нам представляется необходимым и актуальным выявить основные причины контактной коррозии между различными материалами, степени термообработки и их пластической деформации; исследовать поведение повреждений детали с поверхностью, покрытой твердыми защитными слоями: а) стальных кадмированных деталей или без лакокрасочного покрытия (ЛКП), пружин; стальных элементов крепления; закладных гаек; соединителей трубопроводов;
© Сергиенко В.И., Денисенко Ю.П., Добржанский В.Г., Огнев Ю.Ф., Бердиев О.Ш., Душина Н.Е., 2015 [85] vestnikis.dvfu.ru
б) трубопроводов из алюминиевых сплавов, с повреждениями от нарушения равномерности слоя ЛКП или в зоне контакта с внутренней поверхностью планера летательного аппарата.
Ключевые слова: коррозионные повреждения, эксплуатация авиатехники, хранение авиатехники, работоспособность авиатехники, узлы авиатехники, изделия авиатехники.
Приморские районы Южной Азии (Китай, Вьетнам и Индия) характеризуются жесткими условиями эксплуатации и хранения авиационной техники (АТ). Летательные аппараты, эксплуатируемые в тропическом и морском климате, особенно подвержены значительным коррозионным поражениям. В то же время поставки авиационной техники в Юго-Восточную Азию делают крайне необходимым обеспечение работоспособности авиационной техники [5].
Анализ показывает, что основной причиной коррозионных повреждений является контактная коррозия между разнородными материалами, это также верно для контактных пар из однородных материалов, имеющих различную степень пластического деформирования или термообработки, корродирующих по механизму контактной коррозии [4]. При этом инициация развития расслаивающей коррозии (РСК) происходит в основном в местах контакта разнородных материалов при отсутствии электрической «развязки», в листовых и других конструкциях - в областях повышенной остаточной деформации металла [7, 8]. Коррозии подвержены защитные покрытия и крепежные изделия, контактные пары: нержавеющая сталь класса 18-8, сплавы титана, высокопрочные стали и т.д. с другими сплавами. Расслаивающей коррозии [2] подвержены стрингеры, панели крыла, фюзеляжа и стабилизатора; кронштейны навески рулей, главных ног и створок опор шасси. Эксплуатационное разрушение ЛКП в результате эксплуатации создаёт дополнительно условия для усиления коррозии. Моделирование субтропических условий во время испытаний было проведено с помощью климатической камеры в морском коррозионном центре Института химии ДВО РАН в бухте Рында на острове Русском.
В камере образцы испытывают в кювете с естественной морской водой, их погружают на глубину 45-70 мм от поверхности, так, чтобы уровень воды был выше верхнего края крепежного элемента. По составу и солености применяемая вода близка к океанской: 32...35%, рН 6,8; 7,2. В присутствии морского тумана в камере поддерживаются относительная влажность 95-98%; температура - регулируемым подогревом t = 27 ± 2 °С; дневная доза УФ облучения - управляемым включением бактерицидной лампы [3].
Проведены также испытания на контактную коррозию по применению микродугового оксидирования (МДО) [1]. Оксидирование коррозионной пары, состоящей из алюминиевого сплава (анод) в контакте с катодом из титанового сплава ВТ20 со сплавами Д16, Д19, 1441, В95 и АМг 5. Оксидирование проводилось в полностью собранном состоянии (неразъёмное соединение заклёпкой из АМг5). Результаты показали, что пленка МДО толщиной 20 мкм имеет достаточную стойкость.
Цель исследований - ускоренные сравнительные испытания стойкости к общей коррозии образцов сплавов, в том числе сплавов 1441 и 1163, защищенных только анодным оксидированием (без ЛКП), для проверки воздействия эксплуатационного разрушения ЛКП. Образцы для испытаний были изготовлены по технологии серийного предприятия и прошли операции анодного оксидирования.
Требования к проведению исследований
Образцы были установлены под углом 45° к горизонту; нижний край образцов погружен в морскую воду на 8-10 мм. Для ускорения процесса испытаний заказчиком было принято решение повысить температуру до 29+2 °С. Доза ультрафиолетового облучения (задавалась таймером 3 раза по 10 мин в сутки) соответствует суммарной дозе УФ летнего дня на широте юга Приморья. Дважды в сутки образцы опрыскивают из пульверизатора мелкодисперсным потоком натуральной морской воды для имитации условий морского тумана.
Выбор региона испытаний
Сравнение основных климатических и аэрохимических характеристик показало, что коррозивность атмосферы МКЦ г. Владивостока значительно выше, чем в Нячанге (Южный Вьетнам), Геленджике (Россия) и Батуми (Южное Причерноморье Грузии).
При температуре воды ниже 22 °С испытания проводятся в климатической камере при относительной влажности 95-98% и температуре 18-25 °С.
Образцы имели размеры 100 х 50 х (от 1,0 до 2,0 мм3).
Образцы были изготовлены одновременно с деталями обшивки АТ и прошли операции анодного оксидирования по применяемой на предприятии технологии. Толщина покрытия 8-9 мкм. Лакокрасочные защитные покрытия на них не наносились
Осмотр внешнего вида образцов проводился с отметкой длительности до появления первых коррозионных поражений, а также с фиксацией их вида и размеров (фоторегистрацией).
Испытания образцов проводились в затененных условиях, характерных для скопления влаги в нижней части конструкции в пластмассовой (оргстекло) кювете, образец соединения частично был погружен в «свежую» морскую воду.
Средняя толщина изолирующего покрытия (хим. окс.) в зонах определялась вихре токовым методом на приборе ВТ201 и составила: 9 мкм - исходная, от 8 до 9 мкм (среднее 8,8) - в атмосферной; ~ 6 мкм - в зоне капиллярного смачивания (несколько выше уровня жидкости); 5,6 мкм - в подводной зоне. Состояние поверхности образца до и после испытаний оценивалось визуально под микроскопом «MICROS» Austria при увеличениях от 4хдо 8х , при необходимости - до 56х.
Испытания соединений деталей из разнородных сплавов
Испытывались соединения оксидированных пластин с покрытием грунтом ЭП-0215, соединенных с помощью болтов и заклепок. Болты изготовлены из титанового сплава с оксидным газотермическим покрытием; под головку болта и гайки устанавливались шайбы алюминиевые 5 = 0,3 мм с МДО покрытием. Болты укорочены, торцы болтов покрыты ЭП-0216 с 50-процентным наполнителем - порошком пластического инертного материала (ИПМ) с размерами частиц 02...5 мкм. Заклёпки - из сплава АМг5 также оксидированы методом МДО [6]. В отверстие под заклёпку вводились грунтовки ЭП-0215 или ЭП-076 с 50-процентной добавкой инертного пластического материала ИПМ (типа ПВХ). Образцы соединений, изготовленные на предприятии, после сборки покрываются защитным покрытием по штатной схеме согласно инструкции по защите деталей внешнего контура. Образцы, собираемые в соединения в Институте химии (ИХ ДВО РАН), покрываются защитным покрытием на месте: местное химическое оксидирование + грунтовка ЭП-0215 в 1 слой. Испытания проводились в камере морского тумана в естественной сменной морской воде в полупогруженном положении при относительной влажности 95-98% и температуре 27-30 °С и необходимой дозой УФ облучения, соответствующей дозе солнечного летнего дня на широте юга Приморья, что соответствуют жестким условиям испытаний на общую коррозию в морской атмосфере [3].
Испытания на контактную коррозию МДО покрытия коррозионных пар: сплав ВТ20 со сплавами Д16, Д19, 1441, В95 и АМг5, показали, что оксидная пленка МДО толщиной 20 мкм, нанесенная совместно с обеими контактными пластинами, имеет достаточную стойкость даже в таких жёстких условиях испытаний.
Испытание контактных пар АМг5 + АМг5, АМг5 и ВТ20 + заклёпка из АМг5, оксидированных методом МДО совместно после сборки, покрытие «под окраску». Заклёпка 0 = 2,8 мм АМг5. Вид узла АМг5+ АМг5, заклёпка d = 2,8 из Мг5, совместное нанесение МДО покрытия «под окраску»; испытано в морской воде S = 22%о, при t = 26 °С, = 21 день. Примером может служить состояние поверхности образца заклёпочного неразъёмного соединения листа АМг5 в контакте с ВТ20.
Некоторые выводы
При испытаниях определено, что состояние плакированного слоя у листов сплава 1441 имеет низкое качество и не обеспечивает коррозионной стойкости; стойкость листового материала сплава 1441 ниже, чем у сплава 1163.
Для обоих сплавов коррозия в подводной зоне и переменного смачивания на затененной стороне выше, чем на освещенной стороне, но ниже, чем на освещенной стороне, влажной от оседания тумана поверхности, и в затененной части образцов коррозия значительно выше, чем освещенной.
Сравнительные электрохимические исследования образцов обоих сплавов после испытаний показали, что у покрытия сплава 1163 в верхней (атмосферной влажной части) происходит пробой при +1,1 В, в средней части (зона переменного смачивания) - при +1,3 В, в подводной части пробой не происходит до +1,5 В; у покрытия на сплаве 1441 пробой происходит после возрастания плотности тока на порядок, но увеличение плотности тока начинается уже с напряжения +0,5 В для атмосферной и подводной частей образца, причем плотность тока в подводной части образца
9 7 2
увеличивается с 4*10- до 2*10- А/см при изменении напряжения от +0,5 В до +1,2 В и достигает насыщения. Для атмосферной части пробой происходит после значительного увеличения плотности тока при напряжении +1,4 В.
Рекомендации по защите от коррозии
Для снижения контактной коррозии в сочленении деталей рекомендуются следующие мероприятия. В грунт ЭП-076 или ЭП-0215, предназначенный для защиты места посадки крепежа, добавить мелкодисперсный порошок инертного пластического материала (ИПМ) с размером частиц 2-3 мкм до 50% по объёму (ПВХ). Вязкость композиции повышается незначительно, адгезия грунта к поверхности не ухудшается. ИПМ при затяжке внедряется в микронеровности покрытия и создаёт изолирующую пленку. Этим обеспечивается лучшая изоляция. Заменить стальной крепеж на титановый для установки в соединениях, в которых это допустимо по условиям обеспечения требуемой прочности. Желательно заменить покрытие заклёпок Ан. окс. н. хр. на покрытие МДО твердое. Испытания показали, что такое покрытие обеспечило в морской воде высокое омическое сопротивление между заклёпкой и пластиной сплава 1441 R > 2 кОм.
На поверхность высокосрезных заклёпок из алюминиевых сплавов следует наносить покрытие МДО - твердое, сборку производить с применением грунта с ИПМ.
Под головку и гайку стальных болтов или винтов устанавливать прокладки (шайбы) из титановой фольги ВТ1-0 (толщина 0,1 ... 0,2 мм) оксидированные МДО твердое + грунт с ИПМ. Прокладки обеспечивают более легкое закручивание резьбового соединения, предохраняют покрытие листа от разрушения и создают высокую изоляцию. Начальное электрическое сопротивление между пластинами более 20 МОм.
Крупногабаритные детали из титановых и алюминиевых сплавов оксидировать МДО на режиме «под покраску» с нанесением утвержденных ЛКП. Внутреннюю резьбу в таких деталях обработать МДО на месте или применять титановый крепеж с МДО твердое с грунтованием в смеси с ИПМ.
Для внутренних поверхностей деталей применять оксидирование МДО «под покраску» как более прочную, обеспечивающую адгезию и технологичность нанесения. Провести сравнительные испытания в натурной морской воде в камере морского тумана в полупогруженном состоянии (нижний край образцов погружен в морскую воду на 8-15 мм) при относительной влажности 95-98% и температуре 25-30 °С с дозой ультрафиолета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ву Динь Вуй, Стрекалов П.В., Михайловский Ю.Н., До Тхань Бинь, Михайлов А.А. Коррозионная стойкость сталей, цинка, меди, алюминия и сплавов во влажных тропиках Вьетнама. Результаты пятилетних испытаний // Защита металлов. 1994. Т. 30, № 5. С. 502-509.
2. Герасименко А.А., Ямпольская Т.Е. Расслаивающая коррозия алюминиевых сплавов. Ч. I Причины возникновения и особенности развития процесса. Диагностика, моделирование, прогнозирование // Защита металлов. 2000. Т. 36, № 2. С. 196-202.
3. ГОСТ 9.913-90 (Единая система защиты от коррозии и старения. Алюминий, магний и их сплавы. Методы ускоренных коррозионных испытаний).
4. Кеше Г. Коррозия металлов: пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. 400 c.
5. Морская коррозия: справ. изд. / пер. с англ. под ред. М.М. Шумахера. М.: Металлургия, 1983. 512 с.
6. Пат. № 2112087 Российская Федерация. Способ получения защитных покрытий на алюминии и его сплавах / С.В. Гнеденков, О.А. Хрисанфова, А.Н. Коврянов, С.Л. Синебрюхов, А.Г. Завидная, Л.В. Лысенко, П.С. Гордиенко; Б.И. № 15 от 27.05.1998.
7. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960.
8. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1969. 448 с.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Reports
Sergienko V., Denisenko Y., Dobrzhansky V., Ognev Y., Berdiev O., Duchina N.
VALENTIN I. SERGIENKO, Doctor of Chemical Sciences, Professor; Academician, Russian Academy of Sciences; Vice-President, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences; Director, Institute of Chemistry, FEB RAS. Vladivostok. 159, Centennial Av., Vladivostok, Russia, 690022, e-mail: [email protected]
YURIY P. DENISENKO, Managing Director, Arsenyev Aviation Company Progress, JSC. 5 Lenin Square, Arsenyev, Russia, 692335, e-mail: [email protected]
VITALY G. DOBZHANSKY, Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher, Head, Advanced Technology Group, Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok. 159, Centennial Av., Vladivostok, Russia, 690022, e-mail: [email protected]
YURIY F. OGNEV, Doctor of Technical Sciences, Professor, Sub_Department of Aircraft and Helicopter Engineering, Director, the Arsenyev Branch, Far Eastern Federal University. 20 Novikov St., Arsenyev, Russia, 692335. E-mail: [email protected]
OLEG Sh. BERDIEV, Deputy Director in Charge of Research and Development, the Arsenyev Barnch, Far Eastern Federal University. 20 Novikov St., Arsenyev, Russia, 692335. E-mail: [email protected]
NADEZHDA E. DUSHINA, Engineer-Technologist, Komsomolsk-on-Amur Aircraft Production Association, JSC. 1 Sovetskaya St., Khabarovsk Krai, Komsomolsk-on-Amur, Russia, 681018
The bench tests of light alloys for corrosion resistance by a salt fog procedure while modelling a subtropical climate
When exploiting war-transport and civil aircrafts in tropical and oceanic climate, the risks of defects caused by corrosion are high. The causes are as follows: the contact corrosion between the materials, the degree of thermal treatment and plastic deformation; the exploitation of the aircrafts in the coastal regions of tropical and subtropical zones of South East Asia, and hard climatic conditions (China, Vietnam, India, etc.)
In this connection, pressing is the task to reveal the principal causes of the contact deformation between various materials, the degree of their thermal treatment, and that of their plastic deformation. There should be examined the action of damages of components covered with hard protective layers: a) steel cadmium parts or those without varnish-coloured covering (VCC), springs, steel fastening elements, fixed screws, and pipe-line connections; b) pipe-lines of aluminum alloys, with defects of the layer (VCC) evenness in the zone of the contact from the inner surface of the glider of the aircraft.
Key words: corrosion damages, exploitation of aircrafts, storage of aircrafts, performance of aircrafts; aircraft industry products.
REFERENCES
1. Vu Ding Vuy, Strekalov P.V., Mikhailovsky Yu.N., Do Tkhang Bing, Mikhailov A.A. Corrosion stability of steels, zinc, copper, aluminium and alloys in the damp tropics of Vietnam. Results of 5 year tests. Metal protection. 1994(30);5:502-509. (in Russ.). [Vai Din' Vuj, Strekalov P.V., Mihajlovskij Ju.N., Do Than' Bin', Mihajlov A.A. Korrozionnaja stojkost' stalej, cinka, medi, aljuminija i splavov vo vlazhnyh tropikah V'etnama. Rezul'taty pjatiletnih ispytanij // Zashhita metallov. 1994. T. 30, N 5. S. 502-509].
2. Gerasimenko A.A., Yampolskaya T.E. Exfoliated corrosion of aluminium alloys. I Reasons of the origin and peculiarities of the process development. Diagnostics, model, prognosis. Metals' protection. 2000(36);26:196-202. (in Russ.). [Gerasimenko A.A., Jampol'skaja T.E. Rasslaivajushhaja korrozija aljuminievyh splavov. Ch. I. Prichiny vozniknovenija i osobennosti razvitija processa. Diagnostika, modelirovanie, prognozirovanie // Zashhita metallov. 2000. T. 36, N 2. S. 196-202].
3. GOST 9.913-90 (GOST 9.913-90) Single system of protection from corrosion and age. Aluminium magnesium and their alloys. Methods of accelerated corrosion tests. [GOST 9.913-90 (Edinaja sistema zashhity ot korrozii i starenija. Aljuminij, magnij i ih splavy. Metody uskorennyh korrozionnyh ispytanij).
4. Keshe G. Metal corrosion (trans from Germ.). M. Metallurgy, 1984, 400 p. (in Russ.). [Keshe G. Korrozija metallov: per. s nem. M.: Metallurgija, 1984. 400 c.].
5. Sea Corrosion, Inform. pub. from Engl. under the edit. M.M. Shumakher. M., Metallurgy, 1983, 515 p. (in Russ.). [Morskaja korrozija: sprav. izd. / per. s angl. pod red. M.M. Shumahera. M.: Metallurgija, 1983. 512 s.].
6. Patent Russia N 2112087 S.U. Gnedenkov, O.A. Khrisanfova, A.N. Kovryanov, S.L. Sinebrukhov, A.G. Zavidnaya, L.V. Lisenko, P.S. Gordienko. B.I. N 15 from 27.05.1998 year. Method of receipt of protective coverings on aluminium and its alloys. (in Russ.). [Pat. N 2112087 Rossijskaja Federacija. Sposob poluchenija zashhitnyh pokrytij na aljuminii i ego splavah / S.V. Gnedenkov, O.A. Hrisanfova, A.N. Kovrjanov, S.L. Sinebrjuhov, A.G. Zavidnaja, L.V. Lysenko, P.S. Gordienko; B.I. N 15 ot 27.05.1998].
7. Rosenfeld I.L. Atmospheric metal corrosion. M., Publishing AN USSR, 1960. (in Russ.). [Rozenfel'd I.L. Atmosfernaja korrozija metallov. M.: Izd-vo AN SSSR, 1960].
8. Rosenfeld I.L. Corrosion and metal protection. M., Publishing AN USSR, 1969, 448 p. (in Russ.). [Rozenfel'd I.L. Korrozija i zashhita metallov. M.: Izd-vo AN SSSR, 1969. 448 s.].
