CC BY
46
УДК 620.193.4
ЖИТАРЬ Б.Е., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) САМОЙЛОВ В.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Системный анализ коррозионных исследований металлов
Zhitar B.E., Associate Professor (DRTI) Samoylov V.V., Senior Lecturer (DRTI)
System Analysis of Corrosion Studies of Metals
Введение
Коррозионные исследования металлов - это ряд испытаний, которым подвергаются металлы для определения их долговечности, а также раскрытия механизмов коррозионного процесса.
В результате коррозии металлов ежегодно теряется около 10% мирового количества выплавляемых черных металлов и У всей мировой выработки стали. Ущерб, приносимый коррозией металлов, связан не только с его потерями, но и с выходом из строя металлоконструкций, так как нарушается их прочность, что в конечном итоге может привести к авариям.
Общая масса металлических материалов, используемых в виде различных изделий при железнодорожном строительстве очень велика, поэтому несмотря на то, что скорость коррозии мала, ежегодно из-за нее теряется до 10% металла, а затраты на ремонт или замену металлических деталей пути могут превышать стоимость самого металла. Наконец, коррозионные процессы металлических элементов пути (прежде всего рельсов) образуют дефекты и повреждения, которые могут привести к авариям. Коррозия стыковых и промежуточных скреплений (собираемых из металлических деталей), которая при эксплуатации пути периодически возникает необходимость разбирать, собирать,
закреплять (затягивать) гайки болтов -значительно повышает затраты на текущее содержание и ремонт пути.
Основным видом коррозии на железнодорожном транспорте является электрохимическая коррозия, которая ощутимо сказывается на сроках службы пути в сырых тоннелях, на путях промывки цистерн для перевозки кислот и др. Кроме того, может происходить
электрохимическая коррозия подошвы рельсов и скреплений на участках электротяги. Усиление данного вида коррозии наблюдается в местах загрязнения воздуха отходящими газами промышленных и транспортных объектов. В связи с этим коррозионные исследования металлов и металлоконструкций являются актуальной проблемой.
Постановка проблемы
В статье показано использование для коррозионных исследований металлов системного анализа, который дает возможность подготовки и обоснования решений по сложным проблемам подобных исследований. Необходимо было систематизировать подходы к решению различных вопросов коррозионных исследований. Для этого, принимая коррозионные исследования как целостную систему, применялся принцип системного анализа - принцип декомпозиции. Сущность его состоит в том, что «целое»
разбивается на «части», которые детально изучаются для объективной оценки «целого». Использование этого принципа дало нам возможность осуществить основную процедуру системного анализа -построение обобщенной модели коррозионных исследований.
Анализ последних исследований и публикаций
Проанализированы последние
исследования и публикации различных авторов [1; 2; 3], посвященные исследованию методов, условий коррозии различных сталей, факторам, влияющим на коррозионные процессы и др. Отмечаем, что систематизация коррозионных исследований в целом не была проведена. Встречаются отдельные упоминания о необходимости разработки системы методов коррозионных исследований.
Цель работы
Выполнить системный анализ и составить обобщенную модель коррозионных исследований металлов и их сплавов для дальнейшего практического использования специалистами в области антикоррозионных технологий, других способов повышения долговечности металлоконструкций, путевых инструментов, машин и металлических элементов железнодорожного пути.
Основной материал
Приступая к анализу коррозионных исследований, авторы исходили из положений теории систем. В любой системе различают содержание и структуру, где содержание - это совокупность элементов, а структура -связь или взаимодействие между элементами. Содержание системы «коррозионные исследования» включает следующие основные элементы: объекты и методы исследований, показатели коррозии, условия среды и
параметрические факторы, механизмы коррозионных процессов, защита металлов от коррозии, выбор металла для металлоконструкций. Элементы в коррозионной системе связаны между собой причинно-следственными связями. По характеру элементов система относится к идеальным, т.е. она созданная искусственно, открытая. Центральной подсистемой системы являются методы коррозионных исследований.
Информационное обеспечение системы оценивается уровнем оперативности и достоверности информационных данных. Такое описание системы «коррозионные исследования» подтверждает ее
многоплановость и сложность. Следуя принципу декомпозиции, дана
характеристика элементов системы для последующего анализа коррозионных исследований.
Объектами коррозионных испытаний могут быть образцы металлов и сплавов или отдельные конструкционные детали. Важно иметь характеристику
металлического образца, состояние его поверхности (наличие естественной окисной пленки, окалины), способ получения металла, его физико-химические данные. Объект служит предметом познавательной деятельности
исследователя коррозионных процессов. Выбор объектов диктуется требованиями работы их в эксплуатационных условиях.
Методы коррозионных исследований разнообразны, их применение должно соответствовать типу коррозии (химическая или электрохимическая), факторам коррозионной среды и заданным параметрам, современным представлениям о механизме коррозии. Метод должен воспроизводить тот вид коррозии, который относится к данному материалу, давать возможность расшифровки результатов испытаний.
Все методы коррозионных испытаний подразделяются на: лабораторные, где имитируют эксплуатационные условия, и внелабораторные - испытания образцов в
естественных эксплуатационных условиях. Часто для достоверности результатов исследований проводят оба вида испытаний.
Общим для лабораторных и внелабораторных исследований являются их объекты-образцы, а отличаются они условиями исследований, тогда как для внелабораторных и эксплуатационных -общие условия, а отличаются они объектами исследования.
Для установления механизмов коррозионных исследований и контроля процессов коррозии рекомендуется применять методики кинетических исследований. Разные виды коррозии протекают по разным механизмам, так для химической коррозии - кинетический, диффузионный или смешанный, в случае электрохимической - катодный при основной роли диффузии кислорода [4]. Методы коррозионных исследований характеризуются показателями коррозии, которые определяют скорость протекания коррозионных процессов (коррозионного разрушения металла).
Различают количественные и качественные показатели. К
количественным относятся: показатель изменения массы образца - массовый показатель коррозии (^Х глубинный (Кп), показатель склонности к коррозионному разрушению (Кх), объемный (Кобъемн), очаговый (Кл), механический (Кб), плотности коррозионного тока (1), изменение электрического сопротивления (К), оптический (отражательный). Качественные показатели:
микроисследования, наблюдения за внешним видом образцов, индикаторный (для определения катодной и анодной зоны участков коррозионного разрушения) и др.
Для количественного выражения скорости равномерной коррозии металлов выбор определенного показателя коррозии не имеет значения, а для установления местного коррозионного разрушения (неравномерной коррозии) - очень важно подобрать показатель коррозии. Например, для межкристаллитной коррозии нужно
использовать глубинный показатель, а также показатель прочности и изменения электрического сопротивления образцов. Среди всех существующих показателей коррозии металлов наиболее часто используют массовый, глубинный, объемный и механический.
Укажем на некоторые недостатки показателей коррозии. Массовый показатель коррозии требует аналитической точности, для глубинного - необходимы длительные испытания (мм/год), а иногда после снятия коррозионного слоя может деформироваться поверхность металла. Объемный показатель требует дополнительно приводить условия испытаний к нормальным. Следует также иметь ввиду, что коррозионное испытание (по теории вероятностей) может иметь только один из п результатов. Каждый результат (по показателям)
рассматривается как случайное событие, имеющее определенную вероятность.
Важное место в системе «коррозионные исследования» имеет защита от коррозии. Наряду с традиционными методами защиты металлов от коррозии находят применение новые - такие как использование полимеров в железнодорожном
строительстве. К новым методам защиты металлов от коррозии можно отнести также методы с применением пластизолей (дисперсных порошкообразных полимеров в органических растворителях).
Анализ технико-экономических
показателей выявил следующие
преимущества полимерных порошковых материалов перед лакокрасочными и гальваническими методами:
- повышение производительности труда в 2-5 раз, а долговечности - в 2-3 раза;
- исключается необходимость применения цветных металлов (хром, цинк, медь и др.);
- в 2-3 раза сокращаются производственные площади;
- исключается применение растворителей, улучшаются условия труда, повышается культура производства.
Сравнительная характеристика
отдельных элементов (или подсистем) системы коррозионных испытаний дала
нам возможность построить обобщенную модель коррозионных исследований.
объекты исследований
методы исследований
механизм
коррозионных
процессов
показатели коррозии
защита металлов от коррозии
выбор металла (сплава) для металлоконструкций
Рисунок - Обобщенная модель коррозионных исследований
В работе коррозионные исследования рассматриваются как единая система. В результате осуществлен анализ
коррозионных исследований с позиций теории систем. При проведении анализа учтены структурные связи (объекты, методы, показатели коррозионных процессов и др.). Центральной подсистемой системы «коррозионные исследования» являются методы коррозионных
исследований. Дана сравнительная характеристика различных подсистем. Акцентируется внимание на использовании кинетических методов коррозионных исследований, которые дают возможность судить о механизме коррозионных процессов и коррозионной стойкости металлов.
Приведены краткие сведения о новых методах защиты металлов от коррозии с использованием полимерных порошковых материалов и пластизолей. Принимая во внимание, что основной процедурой системного анализа является составление модели - составлена обобщенная модель коррозионных исследований. Модель может быть использована специалистами при выборе металлов или их сплавов для
применения в определенных
эксплуатационных условиях [5].
Выводы
- выполнен системный анализ коррозионных исследований;
- сделан акцент на применение кинетических методов коррозионных исследований как наиболее информативных;
- построена обобщенная модель коррозионных исследований;
результаты работы могут быть использованы в различных отраслях, в т.ч. на железнодорожном транспорте.
Список литературы:
1 Сазонова Е.А. Атмосферная коррозия стали и коррозия стали в растворах хлорида натрия. Некоторые особенности коррозии на железнодорожном транспорте [электронный ресурс] // Science Time. - № 3(15). - 2015. - Способ доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/ atmosfernaya-korroziya-stali-i-korroziya-staH-v-rastvorah-hlorida-natriya-nekotorye-osobennosti-korrozii-na-zheleznodorozhnom.
2 Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. - М.: ФИЗТАТЛИТ, 2002. - 158 с.
3 Мальцева Г.Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии: Учеб. пособ. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. - 211 с.
4 Герасименко А.А., Александров Я.И., Андреев И.Н. Защита от коррозии оборудования и сооружений. Справочник (в 2х т.). - М.: Машиностроение, 1987. - Т. 2. - 784 с.
5 Тишаева В.В. Методы исследования коррозии металлов [электронный ресурс]. -Тюмень: ФГВОУ ВПО «Тюменск. гос. унт», 2012. - Способ доступа: http://www.km.ru/referats/332540-metody-issledovaniya-korrozii-metallov.
Аннотации:
Выполнен системный анализ коррозионных исследований; акцентировано внимание на кинетические методы исследований; получены данные и рекомендованы для практического использования.
Ключевые слова: коррозия, системный анализ, методы исследований, механизм коррозионных процессов, показатели коррозии.
System analysis of corrosion studies is performed; Attention is focused on kinetic methods of research; Data were obtained and recommended for practical use.
Key words: Corrosion, system analysis, research methods, the mechanism of corrosion processes, corrosion indicators.
