Научная статья на тему 'Защита металлических тарных материалов от коррозии'

Защита металлических тарных материалов от коррозии Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
265
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТАРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / METAL TARE MATERIALS / КОРРОЗИЯ / CORROSION / ЖЕЛЕЗО / IRON / ПОВЕРХНОСТНЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ / SUPERFICIAL FIRM SOLUTIONS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Чавчанидзе А.Ш.

Установлена перспективность применения поверхностных твердых растворов Fe-Cr и наноквазиметалла (21 ат. % Cr) для зашиты от коррозии металлических тарных материалов на основе железа при изготовлении жестяных банок сверхдлительного хранении консервов. Разработан испытательный стенд для проведения коррозионных испытаний на готовых изделиях консервных банках, предназначенный для исследования коррозионной стойкости внутренней поверхности банок, контактирующей с консервируемым продуктом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Чавчанидзе А.Ш.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Protection of metal tare materials from corrosion

Prospects of application of superficial solid solutions Fe-Cr and nanoquazimetal (21 at. % Cr) for protection from corrosion of metal tare materials on Fe based at manufacturing of tins super long storage of canned food. The test board is developed for carrying out of corrosion tests on finished articles the cans, intended for research of corrosion resistance of an internal surface of tins, contacting to a preserved product.

Текст научной работы на тему «Защита металлических тарных материалов от коррозии»

РШУПАКОВКА И ЛОГИСТИКА

Щ ТЕМА НОМЕРА

УДК 620.193.013: 621.798.144: 669.15-191

Защита металлических тарных материалов

от коррозии

Ключевые слова: металлические тарные материалы; коррозия; железо; поверхностные твердые растворы.

Key words: metal tare materials; corrosion; iron; superficial firm solutions.

А.Ш. Чавчанидзе, д-р физ.-мат. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств

Проблема коррозии металлов остро стоит во многих отраслях промышленности. В качестве примера можно привести тот факт, что в настоящее время металлический фонд нашей планеты в виде машин, оборудования и сооружений составляет 6 млрд т. Это всего лишь 30 % от произведенного за три тысячелетия металла, так как остальной металл исчез из обращения, причем основной причиной были процессы коррозии.

Коррозия причиняет огромный ущерб, вызывая отказы эксплуатируемого оборудования, и приводит к безвозвратным потерям металла. В пищевой промышленности коррозия металлической упаковки ухудшает качество консервируемых продуктов и отрицательно влияет на здоровье людей.

Поэтому чрезвычайно актуальна разработка способов защиты от коррозии в пищевых средах. В течение последних сорока лет разработаны новые защитные системы на основе поверхностных твердых растворов (ПТР) и технологии их формирования [1] для защиты от коррозии деталей, контактирующих с пищевыми средами. Принципиальный момент в технологии защиты от коррозии металлических тарных материалов на основе железа, а именно луженой, хромированной и алюминирован-ной жести, - переход от покрытий покровного типа (слои Бп, Сг и А1) к ПТР, сформированным на поверхности жести из низкоуглеродистой стали [2]. Выбор оптимального химического состава ПТР осуществлен в результате рассмотрения электронной структуры твердых растворов и их физико-химических свойств [3]. Тем более что термодинамическая возможность протекания электрохимической коррозии, характерной для большинства пищевых и консервных сред, на 75 % обусловливается электронным строением материалов, а не концентрацией, составом и температурой электролита [4]. Хром - основной легирующий элемент, максимально повышающий коррозионную стойкость железа в

кислых средах, в водных растворах кислот. Концентрация хрома должна находиться в интервале 12,5-24,0 ат. %, соответствующем положительным значениям потенциальной энергии электронов проводимости, энергии химической связи и работы выхода электрона. Более ранняя гальванотермическая технология формирования ПТР [5] включала гальваническое осаждение хрома из водных растворов солей и последующий термодиффузионный отжиг. Для разработки более совершенной технологии защиты от коррозии был использован принцип нанострукту-рирования поверхностных слоев, успешно применяемый для защиты от изнашивания конструкционных материалов и борьбы с адгезией пищевых масс к металлическим поверхностям. В результате исследований в системе твердых растворов Fe-Cr с неограниченной растворимостью нами был найден сплав, который ведет себя как чистый металл, т. е. квазиметалл (21 ат. % Сг). Данный твердый раствор обладает высокой коррозионной стойкостью и максимальной термодинамической стабильностью в условиях термомеха-ноциклирования вследствие однородности строения на электронно-атомном уровне. Формирование квазиметалла на поверхности жести, т.е. создание диффузионной зоны наноквазиметалла (21 ат. % Сг), было осуществлено в результате гальванолазерной обработки, включающей гальваническое осаждение хрома из водных растворов солей с последующей лазерной термической обработкой [6]. Высокая коррозионная стойкость ПТР и наноквазиме-таллов в пищевых и консервных средах [5] позволяет их использовать в качестве надежного средства для повышения экологической безопасности продуктов питания, консервов в отношении металлических примесей и для увеличения срока службы оборудования и продолжительности хранения консервируемых продуктов. В перспективе усовершенствование и упрощение технологии фор-

мирования наноструктурированных поверхностных слоев хромированной жести может заключаться в применении других видов поверхностной термической обработки, например, в использовании способа обработки токами высокой частоты (ТВЧ).

Таким образом, установлена перспективность нового направления в создании защитных систем на основе ПТР и наноквазиметаллов для жестяных тарных материалов, обеспечивающих более длительные сроки хранении консервируемой продукции. Это имеет большое значение для формирования государственного резерва Российской Федерации (особенно для армии) и может найти широкое применение для жизнеобеспечения участников экстремальных экспедиций и космических полетов.

Для коррозионных испытаний металлических тарных материалов в настоящее время используют образцы цилиндрической и пластинчатой формы. Однако в процессе технологии изготовления жестяных банок происходит деформация листового материала, формируются сварные и закаточные швы, влияющие на коррозионную стойкость внутренней поверхности банок. Поэтому коррозионные испытания необходимо проводить на готовых изделиях для повышения статистической достоверности экспериментальных данных. С этой целью был создан испытательный стенд [7] для осуществления нового способа определения коррозионной стойкости внутренней поверхности консервных банок, включающий электрохимическую ячейку оригинальной конструкции. Проведена апробация испытательного стенда в процессе коррозионных испытаний жестяных банок, внутренняя поверхность которых была защищена от коррозии по различным технологиям [7]. Для определения глубинного показателя скорости коррозии (мкм/ год) был использован портативный коррозиметр «Эксперт-004)», имеющий высокую чувствительность (10-3 мкм/год) в широком диапазоне измерений (10-2-107 мкм/год) и позволяющий проводить эксперимент в периодическом и автоматическом

PACKAGING AND LOGISTICS

Щ

режиме. Методика потенциостати-ческого исследования коррозионной стойкости ПТР со структурой нано-квазиметалла высокой термодинамической стабильности аттестована Российским научно-техническим центром информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия (ФГУП «Стандартинформ»). На 7-й Международной специализированной выставке «ЛабораторияЭкс-по2009» разработчики испытательного стенда для коррозионных испытаний внутренней поверхности консервных банок (В.А. Шавырин, О.И. Квасенков, А.Ш. Чавчанидзе, Н.Ю. Тимофеева, А.Ю. Базаркин, Ш.А. Чавчанидзе) были награждены дипломом с медалью. Дальнейшая модернизация способа коррозионных испытаний внутренней поверхности консервных банок может быть проведена в направлении создания многопозиционности, т. е. в использовании до пяти электрохимических ячеек, что позволит уменьшить более чем в 10 раз погрешность измерений глубинного показателя скорости коррозии и повысит достоверность получаемых экспериментальных данных.

Таким образом, для изготовления жестяных банок сверхдлительного хранения консервов перспективно применение поверхностных твердых растворов Ре-Сг и наноквазиметалла (21 ат. % Сг) как надежного средства защиты от коррозии металлических тарных материалов на основе железа в консервных средах.

Коррозионные испытания следует проводить на готовых изделиях -консервных банках, используя разработанный испытательный стенд для исследования коррозионной стойкости внутренней поверхности банок, контактирующей с консервируемым продуктом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чавчанидзе, А.Ш. Принципиально новая технология защиты от коррозии деталей, контактирующих с пищевыми средствами/А.Ш. Чавча-нидзе//Практика противокоррозионной защиты. - 2002. - № 1. - С. 10-13.

2. Чавчанидзе, А.Ш. Коррозионно-стойкие поверхностные твердые растворы: учеб. пособие/А.Ш. Чавчанидзе. - М.: МГУПП, 2002. - 100 с.

3. Чавчанидзе, А.Ш. Электронная структура и физико-химические свойства твердых растворов на основе железа/А.Ш. Чавчанидзе. - М.: МГУПП, 2003. - 152 с.

4. Chavchanidze, A.Sh. Interrelation between electrochemical corrosion and electron structure of metals/A.Sh. Chavchanidze, N.Yu. Timofeeva, A.Yu Bazarkin//The European Corrosion Congress. - France, Book of abstracts. 2009. - 79 p.

5. Чавчанидзе, А.Ш. Коррозия и защита металлов в пищевых средах: учеб. пособие/А.Ш. Чавчанидзе, Н.Б. Панова. - М.: МГУПП, 2004. - 244 с.

6. Опотв формирования диффузионного коррозионно-стойкого на-ноструктурированного защитного покрытия на поверхности металлического изделия/А.Ш. Чавчанидзе, Н.Ю. Тимофеева, А.Ю. Базаркин. Патент на изобретение Российской Федерации № 2378412. Опубликова-но:10.01.2010 Бюлл. №1.

7. Шавырин, В.А. Экспресс-метод коррозионных испытаний консервных банок/В.А. Шавырин, А.Ю. Базаркин, А.Ш. Чавчанидзе, Н.Ю. Тимофеева/Продукты длительного хранения. - 2009. - № 3. - C. 12-14.

Подготовка технических специалистов

Эффективная работа упаковочного автомата напрямую зависит от его технического состояния. Его поддержка на высоком уровне зависит от квалификации технических специалистов (наладчиков, механиков, инженеров). Они должны не только обладать глубокими знаниями конструкции и принципов работы автомата и отдельных узлов, но и иметь соответствующий практический опыт.

Руководство предприятий понимает всю важность приобретения наладчиками и механиками профессиональных знаний и инвестирует немалые финансовые средства в их обучение. Однако важно при этом не забывать, что, если теоретические знания не востребованы на практике, они со временем забываются.

Выявить и устранить такие пробелы поможет «Аттестация технических специалистов», которую разработала компания «Тетра Пак» для упаковочных линий «Тетра Пак».

Ее основные задачи: проверить уровень компетенции технических специалистов по конкретному типу оборудования, выявить пробелы в знаниях и навыках и предложить пути их устранения.

Аттестация предполагает индивидуальный подход. Результаты передаются только самому специалисту и его руководителю. По итогам проводится совместный анализ и разрабатывается план конкретных шагов по устранению недочетов. Это позволяет предприятию оптимизировать инвестиции в обучение специалистов.

Аттестация проходит в несколько этапов: тестирование по вопросам теории экспертом Технического сервиса «Тетра Пак» в присутствии непосредственного руководителя специалиста. Затем письменный тест -ответ на ряд вопросов по устройству автомата за фиксированное время. И в завершение выполнение практических заданий, таких как: редакция программы ПЛК, проверка упаковок, написание технического отчета и системный поиск неисправности.

По окончании процедуры специалисту выдается аттестат с указанием итогового количества набранных баллов.

Для проведения обучения специалистов по результатам аттестации в Центре технического обучения «Тетра Пак» в г.Лобня предусмотрены

курсы профессиональной подготовки, максимально охватывающие различные типы упаковочных автоматов (систем), установленных у заказчиков «Тетра Пак».

Подробнее об услугах «Тетра Пак» по обучению можно узнать на сайте www.tetrapak.su (раздел «Продукты и услуги/Технический Сервис»).

Андрей СПИЦЫН, директор по развитию технического сервиса ЗАО «Тетра Пак»

ЗАО «Тетра Пак»: 129226, Москва, ул. Вильгельма Пика, д. 8. Тел. +7 (495) 787 80 00. Факс +7 (495) 787 80 01

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.