CC BY
36
профиля КНИТУ / Р.Г.Сафин, Р.Р. Сафин // Деревообрабатывающая промышленность. -2012. - № 3 - 22-27с.
2. Анискин В.И., Голубкович А.В. Перспективы использования растительных отходов в качестве биотоплив // Теплоэнергетика. - 2004. - N 5. - С.60-65
3. Ахтямов Ф.Г. Древесные отходы заменяют каменный уголь // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2006. - N 2. - С.45-47
4. Kishonas A. P., Gnipa.P. Assessment of moisture resistance of mineral wool plates of increased rigidity / / Building materials, 2010, No. 3, pp. 16-17.
5. Meisel I. L. Pipelines with polyurethane foam insulation for thermal networks without channel laying/ / Energy Saving, N9 1, 2001.
УДК 620.193; 620.197 ВАК 05.17.03
DOI 10.24411/2409-3203-2019-11012
ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА ОТ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ
Гиннэ Светлана Викторовна
к.п.н., доцент кафедры технологии композиционных материалов и древесиноведения ФГБОУ ВО Сибирский государственный университет науки и технологий имени
академика М.Ф. Решетнёва Россия, г. Красноярск
Аннотация: Работа посвящена изучению современных научных исследований и разработок в сфере защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии с целью выявления прогрессивных способов борьбы с коррозионным разрушением данного вида технических объектов под агрессивным воздействием окружающей воздушной среды. В начале статьи представлена обобщенная классификация основных групп методов защиты металлоконструкций от атмосферной коррозии. В основной части статьи автором предлагается подробная характеристика наиболее эффективных методов противокоррозионного воздействия на материал машин и оборудования лесного комплекса, способствующих повышению их стойкости к атмосферной коррозии. К данной группе методов относятся: создание особых сплавов, коррозионностойкое легирование, электрохимическая защита, нанесение защитных покрытий, применение ингибиторов коррозии, использование защитных смазок.
Ключевые слова: атмосферная коррозия металлов, методы защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии.
THE FEATURES OF PROTECTION OF MACHINES AND EQUIPMENT OF A FOREST COMPLEX FROM ATMOSPHERIC CORROSION
Ginne Svetlana V.
PhD, Associate Professor of the Chair of technology of composite materials and wood science of
the Reshetnev Siberian State University of science and technologies
Russia, Krasnoyarsk
Abstract: The article is devoted to the study the modern research and development in the field of protection of machines and equipment of a forest complex from atmospheric corrosion in order to identify progressive ways to combat corrosion destruction of this type of technical objects under the aggressive influence of ambient air environment. The generalized classification of the main groups of methods of protection of metal structures from atmospheric corrosion is presented at the beginning of the article. In the main part of the article the author suggests the detailed characteristic of the most effective methods of anticorrosive influence on a material of machines and equipment of a forest complex, which promoting increase of their resistance to atmospheric corrosion. This group of anticorrosive methods includes: creation of special alloys, corrosion-resistant alloying, electrochemical protection, application of protective coatings, employ of corrosion inhibitors, use of protective lubricants.
Keywords: atmospheric corrosion of metal constructions, methods of protection of machines and equipment of a forest complex from atmospheric corrosion.
Атмосферная коррозия металлов, представляющая собой «самопроизвольный процесс разрушения металлов вследствие физико-химического взаимодействия с окружающей воздушной средой, в результате которого металлы окисляются и теряют присущие им свойства» [1], является наиболее распространённым видом коррозии машин и оборудования лесного комплекса, так как практически все они эксплуатируется в атмосферных условиях. По последним данным научных трудов, около 10% ежегодной добычи металла тратится на покрытие безвозвратных потерь из-за вреда, наносимого атмосферной коррозией металлоконструкций [2], [3], [4]. Вследствие чего проблема разработки и совершенствования методов борьбы с атмосферной коррозией разного вида технических объектов в настоящее время остается актуальной задачей большого количества прикладных коррозионных исследований, направленных на сокращение материальных потерь за счёт повышения эксплуатационно-технической надёжности металлоконструкций при увеличении их коррозионной стойкости. Целью нашей работы является выявление передовых техник и технологий борьбы с атмосферной коррозией машин и оборудования лесного комплекса.
Необходимость решения поставленной задачи предполагает изначальное обращение к идентификации сущности понятия «методы защиты от атмосферной коррозии». Противокоррозионные методы защиты в общем виде интерпретируем как «комплекс мероприятий, направленных на обнаружение и устранение коррозионных процессов, с целью сохранения и поддержания работоспособности металлоконструкции в процессе ее создания, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта» [5]. С опорой на данный тезис методы защиты от атмосферной коррозии определяем в виде комплекса мероприятий, направленных на обнаружение и устранение коррозионных процессов, которые возникают вследствие физико-химического взаимодействия металлов с окружающей воздушной средой, с целью сохранения и поддержания работоспособности машин и оборудования в процессе их создания, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта. Таким образом, методы защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии предполагают целенаправленное воздействие на них с целью исключения или уменьшения негативного влияния окружающей воздушной среды, способствующей возникновению и развитию коррозионного разрушения данного вида технических объектов.
В предыдущих работах автора была представлена обобщённая классификация современных методов противокоррозионной защиты металлоконструкций по характеру их воздействия на три основных фактора, в совокупности определяющих протекание
81
коррозионного процесса - металл, коррозионную среду и особенности металлоконструкции [5]. Взяв за основу данную классификацию, выделяем три группы методов защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии: 1) методы
противокоррозионного воздействия на материал машин и оборудования, способствующие повышению их коррозионной стойкости; 2) методы противокоррозионного воздействия на окружающую воздушную среду, предполагающие снижение коррозионной агрессивности этой среды; 3) методы противокоррозионного воздействия на конструктивные элементы (факторы) машин и оборудования, повышающие степень их защищённости от быстрого коррозионного разрушения вследствие уменьшения коррозионной активности окружающей воздушной среды.
Результаты аналитического обзора научно-технической литературы, посвящённой заявленной проблематике, позволили нам выявить наиболее эффективные методы, препятствующие возникновению и развитию атмосферной коррозии машин и оборудования лесного комплекса, и систематизировать эти методы по перечисленным выше основаниям (рисунок 1). В данной статье предлагаем остановиться на подробной характеристике первой группы методов защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии, к которой относим: создание особых (коррозионностойких) сплавов, коррозионностойкое легирование металлов и сплавов, электрохимическая защита (ЭХЗ), нанесение защитных покрытий, применение ингибиторов коррозии, использование защитных смазок.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ
Методы противокоррозионного воздействия на материал Методы противокоррозионного воздействия на окружающую воздушную среду Методы противокоррозионного воздействия на конструктивные элементы (факторы)
создание коррозионностойких сплавов - статическая осушка воздуха - учёт потенциалов контактирующих металлов
- коррозионностойкое легирование - снижение относительной влзжности воздуха - учёт контакта неметаллических элементов
- электрохимическая защита - очистка воздуха от загрязнений предотвращение скопления влаги в элементах
- нанесение защитных покрытий _ поддержание температурного режимз - уменьшение слитности сечения элементов
применение ингибиторов коррозии использование инертных атмосфер учёт характера соединения элементов
использование защитных смазок оценка компоновки и расположения элементов
Рисунок 1 - Обобщённая классификация методов защиты машин и оборудования лесного
комплекса от атмосферной коррозии
Создание особых (коррозионностойких) сплавов, с точки зрения многих экспертов, является весьма ценным и продуктивным средством повышения коррозионной стойкости машин и оборудования лесного комплекса к окружающей воздушной среде. Среди современных металлических материалов в качестве наиболее коррозионностойких специалисты выделяют нержавеющие стали и химически стойкие сплавы цветных
металлов, которые применяют в тех случаях, когда машин и оборудования лесного комплекса подвержены воздействию сильно агрессивной воздушной среды.
Другим эффективным способом повышения коррозионной стойкости машин и оборудования лесного комплекса к окружающей воздушной среде исследователями обозначается коррозионностойкое легирование металлов и сплавов, представляющее собой процесс введения в состав этих материалов специальных добавок (легирующих компонентов) с целью изменения их структуры и свойств, а также защиты от износа и окисления. В промышленном производстве легирование металлов и сплавов, как правило, применяется для их перевода из активного состояния в пассивное, в результате которого получают материалы с пониженной анодной активностью или с более совершенным защитным слоем продуктов коррозии. Иными словами, в процессе коррозионностойкого легирования поверхность металлов и сплавов покрывается инертной плёнкой с уникальными защитными характеристиками. Например, легирование стали легко пассивирующимися металлами (хром, никель, алюминий, титан) или катодными добавками (медь), облегчающими пассивирование стали в условиях атмосферной коррозии, снижает скорость её протекания [3]. Однако, как отмечают учёные, ограниченное использование обычных технологий коррозионностойкого легирования обусловлено их неэкономичностью вследствие необходимости использования большого количества дорогостоящих легирующих компонентов.
Установлено, что электрохимическая защита машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии основана на зависимости скорости коррозии от электродного потенциала металлического материала. Защиту с наложенным током обычно применяют в комбинации с изолирующими покрытиями в воздушных средах, как с низким, так и с высоким электрическим сопротивлением. Одно из основных преимуществ этого способа защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии, по мнению научно-технических работников, заключается в лёгкости регулирования защитного тока и поддержании защитного потенциала даже в условиях изменения изолирующих свойств покрытия во времени. Однако, практикующие специалисты указывают на вероятность того, что другое металлическое оборудование, расположенное вблизи защищаемого, может служить проводником и подвергаться усиленной коррозии.
Замечено, что оксидные плёнки, которыми покрыты поверхности машин и оборудования лесного комплекса, не всегда обеспечивают хороший противокоррозионный эффект. В данной ситуации эксперты полагают, что создание защитных покрытий значительно повысит коррозионную стойкость этих технических объектов к окружающей воздушной среде. Эмпирическим путем определено, что такие покрытия, во-первых, предохраняют поверхность металлоконструкции от воздействия окружающей воздушной среды, во-вторых, регулируют подвод теплоты из вне к защищаемой поверхности металлоконструкции, в-третьих, оберегают поверхность металлоконструкции от перегрева. В промышленном производстве для защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии применяют металлические и неметаллические защитные покрытия. Исследователями подчеркивается, что возможность применения того или иного защитного покрытия зависит от необходимых эксплуатационных свойств машин и оборудования лесного комплекса.
Сущность защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии металлическими покрытиями заключается в изоляции нестойкой в конкретной окружающей воздушной среде металлической поверхности тонким слоем более стойкого металла. Изучение практики применения металлических покрытий показало, что наибольшее распространение получили следующие способы получения данного вида покрытий: электролитическое и химическое осаждение, горячее и холодное нанесение, термодиффузионная обработка, металлизация напылением, плакирование [2], [4], [6], [7].
Итоги анализа научно-технических источников информации позволяют утверждать, что на сегодняшний день при защите машин и оборудования лесного комплекса от
83
атмосферной коррозии всё более актуальным становится нанесение антикоррозионных неметаллических покрытий, которые по химической природы разделяются на неорганические и органические. В качестве неорганических покрытий ученые предлагают использовать оксиды металлов, соединения хрома, фосфора, неорганические эмали, стекло и другие вещества. Так, И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов предлагают создавать на поверхности металлоконструкций фосфатные или оксидные покрытия, которые обладают высокой адсорбционной способность, электроизоляционными свойствами, повышенной твёрдостью и износостойкостью. Также обнаружено, что при дополнительной обработке пассивирующими растворами и смазочными материалами значительно повышается коррозионная стойкость металлов и сплавов [8]. Для защиты от атмосферной коррозии машин и оборудования лесного комплекса некоторыми специалистами рекомендуется применять эмалирование чёрных и цветных металлов и сплавов. Неорганические эмали по своему составу являются силикатами. В ходе промышленных испытаний выявлено, что основными недостатками таких покрытий являются хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах [9].
К органическим защитным покрытиям относятся пластмассы, полимерные плёнки, смолы, резины и лакокрасочные покрытия. Как отмечается в научных трудах, в настоящее время одним из наиболее перспективных способов формирование органических защитных покрытий является метод плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) [10], [11]. В процессе лабораторных опытов доказано, что данный способ модификации металлической поверхности позволяет получать на своей основе покрытия, обладающие целым рядом ценных свойств, одним из которых является высокая коррозионная стойкость.
Борьба с атмосферной коррозией машин и оборудования лесного комплекса зачастую приводит к необходимости использования так называемых замедлителей коррозии - ингибиторов коррозии (от лат. inhibere - задерживать). В нашем исследовании разделяется точка зрения тех авторов, которые считают, что применение ингибиторов коррозии является одним из наиболее продуктивных и экономически целесообразных методов защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии. Согласно стандарту ISO 8044:2015 ингибиторами коррозии называют химические соединения, которые, присутствуют в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента [12]. И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, А.В. Хорошилов полагают, что действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. При этом защитные слои, создаваемые ингибиторами, всегда тоньше наносимых антикоррозионных покрытий [8].
Итоги научного анализа нормативно-технической документации продемонстрировали, что для замедления атмосферной коррозии машин и оборудования лесного комплекса лучше всего употреблять ингибиторы коррозии пленкообразующего типа, способные создавать на защищаемой поверхности плёнку из молекул, которая не позволяет металлу соприкасаться с окружающей воздушной средой. Результаты промышленных испытаний доказали высокую эффективность органических ингибиторов коррозии, которые адсорбируются только на поверхностях машин и оборудования лесного комплекса, не вступая во взаимодействие с продуктами коррозии. С точки зрения Л.Е. Цыганковой, Е.Г. Кузнецовой и Д.О. Чугунова, высокоэффективными ингибиторами атмосферной коррозии являются органические соединения, содержащие азот и фосфор и обладающие способностью адсорбироваться на поверхности металла с образованием гидрофобного слоя, прочно связанного с поверхностью металла за счёт химического взаимодействия с ним [13].
Другие эксперты, в качестве наиболее действенных органических ингибиторов атмосферной коррозии выделяют алифатические и ароматические соединения, имеющие в своём составе атомы азота, серы и кислорода. На практике такие ингибиторы, как правило,
84
применяют при кислотном травлении машин и оборудования лесного комплекса для очистки их поверхностей от ржавчины, окалины, накипи. Целенаправленное изучение практических аспектов защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии позволяет утверждать, что в последнее время все чаще используют следующие виды ингибиторов: 1) контактные ингибиторы (например, NaNO2), наносимые на стальные изделия посредством обработки их в водных растворах ингибиторов; 2) летучие ингибиторы (например, нитриты, карбонаты и бензоаты дициклогексиламина и моноэтаноламина), обладающие высокой упругостью пара. При этом, Ю.В. Бычковский и Г.Д. Ляхичев отмечают, что защитные свойства NaNO2 (нитрита натрия) обусловлены замедлением реакции ионизации железа вследствие адсорбции ионов NO2 [14]. Среди наиболее распространенных недостатков органических ингибиторов атмосферной коррозии А.А. Осадчая и У.А. Ползун указывают: 1) повышенное содержание смол, которые в процессе эксплуатации металлоконструкций оседают на их внутренних поверхностях, ухудшая теплопередачу, а иногда и нарушая работу контрольно-измерительных приборов; 2) вспенивание технологических жидкостей при очистке газа с помощью моноэтаноламина или осушке его диэтиленгликолем.
Наряду с выше перечисленными средами защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии часто применяются специальные защитные смазки, представляющие собой смеси минеральных масел (машинное, трансформаторное, веретенное и другие). Эти антикоррозионные средства специалисты рекомендуют использовать как в процессе эксплуатации, так и во время транспортировки, а также при кратковременном или длительном хранении машин и оборудования лесного комплекса. Отличительной особенностью обозначенных средств противокоррозионной защиты выступает их лёгкие удаление и возобновление при необходимости [7]. Данной характеристикой защитные смазки существенно отличаются от различного вида защитных покрытий, имеющих прочное сцепление с поверхностью защищаемых машин и оборудования лесного комплекса.
Информационно-аналитический обзор теории и практики борьбы с атмосферной коррозией машин и оборудования лесного комплекса представленный в настоящей работе, позволил нам сформулировать следующие выводы. Во-первых, основной ущерб от атмосферной коррозии машин и оборудования лесного комплекса связан не только с потерей большого количества металлов и сплавов, но и с порчей или выходом из строя данного вида технических объектов, так как из-за разрушений вызванных атмосферной коррозией они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность и другие необходимые механические и эксплуатационные свойства. Во-вторых, защита машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии включает в себя комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и ингибирование коррозионных процессов, сохранение и поддержание работоспособности деталей, узлов и элементов данного вида технических объектов в требуемый период эксплуатации. В-третьих, многие методы защиты машин и оборудования лесного комплекса от атмосферной коррозии имеют следующий ряд недостатков: немалую стоимость, не всегда высокую результативность, способность защищать только от конкретного фактора, а не от всей совокупности проблем коррозионного разрушения данного вида технических объектов под воздействием окружающей воздушной среды. Поэтому при отсутствии желаемого эффекта от раздельного применения этих методов рекомендуется прибегать к комбинированным технологиям, основанных на комплексном (одновременном) воздействии на материал, окружающую воздушную среду и конструктивные элементы (факторы) машин и оборудования лесного комплекса.
Список литературы:
1. Гиннэ С.В. Aтмосферная коррозия металлических изделий: теория вопроса / С.В. Гиннэ, Ш.З. Муминов // Теоретические и практические аспекты научных исследований. -Нефтекамск : Научно-издательский центр «Мир науки», 2019. - С.72-82.
2. Жарский М.И. Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования: учеб. пособие / М.И. Жарский [и др.]. - Минск: Выш.шк., 2012. - 303 с.
3. Мальцева Г.Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии: учеб. пособие / Г.Н. Мальцева. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. - 211 с.
4. Гулидов A.^ Защита металлоконструкций от атмосферной коррозии /
A.^ Гулидов, Н.Ю. Тимофеева // Новости теплоснабжения. - М, 2003. - № 9 (37). - С.18-26.
5. Кулак В.В. К вопросу о защите металлов от коррозии / В.В. Кулак,
B.Д. Слабышева, С.В. Гиннэ // Наука и молодежь : проблемы, поиски, решения: труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2016. - Вып. 20. - Ч. IV. Технические науки. - С.19-22.
6. Микитянский В.В. Борьба с коррозией методом высокоскоростного газотермического напыления / В.В. Микитянский, Р. Велесс-Парра, A.P. Велес-Пивоваров // Вестник Aстраханского государственного технического университета. - 2006. - № 2(31).
- С.95-101.
7. Гиннэ С.В. К вопросу о защите машин и оборудования от коррозии в процессе эксплуатации / С.В. Гиннэ // Механики XXI веку: материалы XVIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Братск : Изд-во БрГУ, 2019. -
C.37-43.
8. Семенова И.В. Коррозия и защита от коррозии / И.В. Семенова, Г.М. Флорианович, Ab. Хорошилов; Под ред. И.В. Семеновой. - М. : ФИЗМAТЛИТ, 2002.
- 336 с.
9. Сухотин AM. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтеперерабатывающая промышленность: справочное руководство / AM. Сухотин. - Л. : Химия, 1990. - 400 с.
10. Осадчая A.A. Методы борьбы с коррозией. Плазменное электролитическое оксидирование как способ формирования антикоррозионных покрытий / A.A. Осадчая, УА. Ползун // Молодой ученый. - Казань, 2017. - № 21. - С.18-21.
11. Song Y.L. Plasma electrolytic oxidation coating on AZ91 magnesium alloy modified by neodymium and its corrosion resistance / Y.L. Song, Y.H. Liu, S.R. Yu, X.Y. Zhu, Q. Wang // Applied Surface Science. - 2008. - Vol. 254. - P.3014-3020.
12. ISO 8044:2015. Corrosion of metals and alloys - Basic terms and definitions.
13. Цыганкова Л.Е. Исследование ингибиторной защиты стали в сероводородно-углекислотных средах рядом электрохимических методов / Л.Е. Цыганкова, Е.Г. Кузнецова, Д.О. Чугунов // Aктуальные инновационные исследования: наука и практика. - Тамбов, 2011. - № 3. - С.10-27.
14. Бычковский Ю.В. Aтмосферная коррозия / Ю.В. Бычковский, Г.Д. Ляхевич // Наука - образованию, производству, экономике: материалы 14-й Международной научно-технической конференции. - Минск: БНТУ, 2016. - Т. 3. - С.100 - 102.
