CC BY
51
УДК 621.792.02
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛЕЕВЫХ СОСТАВОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ СЕРВИСЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Кручер Ирина Леонидовна, преподаватель, [email protected].
ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
г. Москва
The author considers theoretical features of interaction of adhesives with a surface of restored details, and also features of the corrosion processes arising at contact of diverse materials, having different electronic potential.
Рассмотрены теоретические особенностей взаимодействия адгезивов с поверхностью восстанавливаемой детали, а также особенности коррозионных процессов, возникающих при контакте разнородных материалов, имеющих разный электронный потенциал.
Keywords: Adhesion, corrosives surface, anodic and cathodic protection of metals, surface preparation
Ключевые слова: адгезив, коррозируюшая поверхность, катодная и анодная защита металла, подготовка поверхности
Разработка и внедрение новых технологий ремонта деталей машин и оборудования в условиях современных автосервисных предприятии позволит выйти на качественно новый уровень обслуживания клиентов. Первостепенное значение для современного заказчика, ценящего, в первую очередь, время и деньги, имеют два показателя обслуживания: качество и скорость выполнения заказа. Технологии ремонта
автомобильной техники [1], основанные на использовании клеевых формообразующих составов способны удовлетворить эти требования клиентов, так как, в ряде случаев, без применения специального оборудования способны заменить такие трудоемкие и энергоемкие операции, как сварка, пайка и т.д. (без потери качества восстанавливаемых деталей).
Изучение продукции отечественной промышленности, показывает, что клеевые составы успешно используются в космосе, авиации, атомной энергетике, автомобилестроении. Однако, свойства применяемых составов, технологии их применения в машиностроении не могут быть скопированы для использования при выполнении ремонтных работ, так как при техническом сервисе машин и оборудования приходится иметь дело с деталями, бывшими в эксплуатации, а это значит, что
поверхность их загрязнена различными отложениями органического, химического и природного происхождения, не исключено и наличие коррозии.
Работоспособность клеевого соединения в первую очередь зависит от соблюдения режимов технологии его нанесения. Особое внимание необходимо уделить очистке поверхности от загрязнений, так как фактическая площадь контакта адгезива и субстрата складывается из отдельных зон, представляющих активные участки поверхности, блокирование их посторонними веществами приводит к снижению адгезии. Неправильная подготовка поверхности может привести к разрушению клеевого соединения даже без приложения внешних нагрузок.
При нанесении адгезивного материала на поверхность восстанавливаемой детали происходит соприкосновение разнородных материалов, что может существенно изменять условия протекания коррозионного процесса поверхности металла в зоне его контакта с адгезивным материалом.
Возникновение продуктов коррозии между металлом и полимерным композиционным материалом способно снижать адгезию между металлом и полимерным композиционным материалом, а также разрушать его. Это делает необходимым изучение процессов, происходящих при контакте разнородных материалов, что позволит разработать более точные рекомендации при разработке и использовании адгезивов.
Вопросам коррозии при контакте разнородных материалов посвящено ряд работ [2;3;4]. Коррозия металла, возникающая при контакте с другими металлами или другими материалами, называется контактной и является разновидностью электрохимической коррозии. Необходимым условием протекания электрохимической коррозии является наличие электролита. Клеевые формообразующие составы, как и полимерные, лакокрасочные, декоративные покрытия не могут полностью изолировать поверхность металла от внешней среды. Поэтому поверхность металла под клеевым составом способна контактировать с коррозионно-активными агентами: молекулами кислорода, воды, агрессивных газов и ионов электролитов, что приводит к образованию между поверхностью металла и полимерным композиционным материалом тонкой пленки электролита.
В теоретических работах по электрохимии и защите поверхности металла от коррозии поверхность коррозирующего металла представлена как короткозамкнутый многоэлектродный гальванический элемент, состоящий из анодов и катодов (рис. 1).
= ми =
=К1 = 1111 =1;' . ;
А
= ми =
=мн
Рис. 1. Поверхность коррозирующего металла, как короткозамкнутый многоэлектродный гальванический элемент
Переход ионов металла с анодных участков в электролит, одновременное перемещение электронов по металлу от анодных участков, к катодным и восстановление деполяризатора на катодных участках создают так называемые локальные гальванические токи. Суммарная величина этих токов определяет материальный эффект коррозии.
Процесс электрохимической коррозии представляет собой совокупность двух сопряжено протекающих реакций: анодной и катодной.
Анодная реакция (окисление) сопровождается переходом металла в раствор (электролит) в виде гидратированных ионов с оставлением эквивалентного количества электронов в металле - анодный процесс.
Ме ^ Ме2 + + 2е, (1)
Катодная реакция (восстановление)
В + 2е ^ \В2е\, (2)
где Б -- деполяризатор (окислитель).
Катодная реакция характеризуется ассимиляцией (слиянием, усвоением, присоединением) к себе 2 электронов, освобождающихся в результате анодной реакции (ионизации металла), которые могут восстанавливаться на катоде - катодный процесс.
В результате между анодом и катодом возникает напряжение, равное электродвижущей силе данного гальванического элемента, и между ними протекает электрический ток. Поскольку сила тока отражает количество заряда, протекающего по проводнику в единицу времени, то по ее величине можно судить о количестве электронов, высвободившихся в результате окисления металла в катодной реакции за эту единицу времени. Из уравнения (1) можно определить количество атомов металла, участвовавших в реакции окисления в течение этого времени.
По величинам стандартных электродных потенциалов металлов можно
приближенно судить о термодинамической нестабильности металла. Чем более электроотрицателен потенциал металла, тем он активнее.
Основываясь только на величинах электродных потенциалов, нельзя судить о реальной коррозионной устойчивости металлов, вследствие некоторых дополнительных эффектов. Так, алюминий, имеющий потенциал, равный -1,66 В, казалось бы больше подвержен электрохимической коррозии, чем железо, имеющее потенциал, равный -0,402 В. Однако алюминий во многих случаях более устойчив к коррозии, чем железо. Это объясняется образованием на поверхности алюминия оксидной пленки, которая тормозит коррозию алюминия. Поэтому необходим более подробный анализ процесса коррозии с использованием модели, предлагаемой ниже.
В данной модели взаимодействие между микропарами анодов и катодов может быть отражено в виде электрической схемы (рис. 2), в которой отражен естественный процесс коррозии. Коррозионный ток микропар в данном случае определяется анодной плотностью тока на данном сложном электроде.
Рис. 2. Поверхность коррозирующего металла как короткозамкнутый бинарный гальванический элемент
Существующие теории защиты металлов от коррозии утверждают, что для работы микропар на поверхности металла (основной электрод) совершенно безразлично, каким образом проводится нагружение этого электрода током. Изменение нагружения данного электрода током посредством ввода э.д.с. Е^ может быть осуществлено как присоединением к нему другого электрода с отличным от него электрическим потенциалом, так и наложением внешнего напряжения.
При рассмотрении воздействия внешнего электрода на основной электрод (поверхность металла) необходимо иметь в виду следующее. Внешний электрод может быть катодом по отношению к поверхности металла и производить анодную поляризацию или анодом и вызывать катодную поляризацию поверхности металла.
В многоэлектродной системе, которую отражает схема, представленная на рис. 3, сумма катодных и анодных токов должна быть одинакова. Поэтому при анодной поляризации системы А-К (при этом она по отношению к добавочному электроду Y является анодом) имеет место неравенство ¡А > 1К, т.е. ток в ветви микроанода будет превышать ток в ветви микрокатода на величину тока внешней поляризации ¡у и, следовательно,
* А - * К = Ь (7).
Таким образом, коррозионный ток микропар определяется в данном случае катодной плотностью тока.
При катодной поляризации, схема которой представлена на рис. 4, наоборот, 1к > ¡а и, следовательно, величина внешней поляризации определяется превалированием катодного локального тока в цепи микроэлемента над анодным
Рис. 3. Модель контакта коррозирующего металла с внешним электродом при положительном разностном эффекте
Изменение собственной коррозии электродов вследствие внешней анодной поляризации этого электрода получило в специальной научной литературе наименование «дифференц-эффект» или «разностный эффект».
Если при анодной поляризации собственная коррозия электрода уменьшается, то говорят о нормальном или положительном разностном эффекте (рис. 3). В противном случае явление называют отрицательным разностным эффектом (рис. 4).
у-анод
Рис. 4. Модель контакта коррозирующего металла с электродом при отрицательном разностном эффекте
Замедление анодной реакции на коррозирующем металле, вызванное контактом с металлом, имеющим большую величину отрицательного потенциала, уменьшает скорость коррозии металла. Такой защитный эффект, названный «протекторная защита», можно получить введением металлических наполнителей (цинк, сплавы цинка с магнием, свинец, алюминий и др) в состав полимерного материала.
При анодной поляризации, когда коррозирующий металл контактирует с металлом, имеющим большую величину положительного потенциала, в соответствии с уравнением скорость коррозии должна увеличиваться. Однако существуют условия, при которых возникает защитный эффект, который называется пассивационная защита.
В пассивное состояние могут переходить железо, хром, никель, титан, аллюминий, и многие другие металлы [2, 3, 4]. С этой целью в качестве наполнителей в полимерных покрытиях могут быть использованы окислы металлов.
Использование составов с высокой степенью наполнения ингибиторами коррозии представляется нецелесообразным, потому что для защиты металла важен только тонкий слой, контактирующий непосредственно с металлом. Поэтому основное внимание необходимо уделить изучению вопросов подготовки поверхности для нанесения адгезива.
Проведя анализ способов подготовки поверхности, можно сделать следующие
выводы.
1. Механические способы очистки на основе абразивных и гидроабразивных методов из-за сложности оборудования могут применяться только на специализированных предприятиях.
2. Использование физических способов подготовки поверхности с применением металлических щеток и наждачной бумаги не позволяет удалить следы коррозии из
углублений, металлические щетки оказывают воздействие только на верхний слой ржавчины.
3. Представляют интерес химические способы, которые способны не только полностью удалить остатки коррозии, но и модифицировать поверхность, что может повысить адгезионные характеристики соединения и обеспечить защиту соединения от контактной коррозии.
4. Многообразие клеевых материалов, используемых при техническом сервисе автомобилей, исключает единые технологические требования по подготовке ремонтируемой поверхности, что делает необходимым проведение экспериментальных исследований процессов взаимодействия клеевых формообразующих составов с поверхностью коррозирующего металла, модифицированной химическим способом.
Литература
1. Башкирцев В.И., Гладких С.Н. Азбука склеивания и герметизации при ремонте автомобилей: Учебное пособие. М., 2007. 148 с.
2. Жук Н.П. Введение в коррозию и защиту металлов. М.: Моск. ин-т стали и сплавов. Кафедра коррозии металлов, 1970.
3. Шлюгер М.А, Ажогин Ф.Ф., Е.А.Ефимов Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1981. 216 с.
4. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. Пер. с англ. Под. ред. И.Л. Розенфельда. М.: Машгиз, 1962. 865 с.
