Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор износа и защиты деталей легковых автомобилей 12
1.1. Виды износа деталей автомобилей 12
1.2. Особенности конструкции кузова легкового автомобиля и его коррозионного износа .16
1.3. Анализ факторов, влияющих на коррозионный износ деталей автомобилей 17
1.4. Способы и средства защиты от коррозии кузова автомобиля 21
2. Теоретические предпосылки обеспечения сохраняемости кузовов легковых автомобилей 42
2.1. Влияние коррозии деталей на срок службы изделий 42
2.2. Механизм коррозии черных металлов 47
2.3. Возникновение и развитие атмосферной коррозии 49
2.4. Характер коррозии металлов под защитными пленками 52
2.5. Особенности многофакторного эксперимента 56
3. Лабораторные и производственные исследования 60
3.1. Методика исследований 60
3.1.1. Объект и предмет исследования 60
3.1.2. Подготовка образцов для лабораторных и натурных испытаний на коррозию 75
3.1.3. Характеристика улучшенного защитного состава, 80
3.1.4. Методика приготовления коррозионных сред и электрохимических исследований свойств защитных покрытий 83
3.1.5. Оценочные показатели коррозии металлов и физико-механических свойств защитных покрытий 84
3.1.6. Методика статистической обработки результатов 88
3.1.7. Обоснование количества параллельных образцов для лабораторных исследований. Абсолютные и относительные ошибки измерений 95
3.2. Результаты лабораторных исследований 99
3.2.1. Коррозия металлов в средах, имитирующих условия эксплуатации автомобилей 99
3.2.2. Влияние переменного воздействия открытой атмосферы и агрессивных сред на коррозию материалов 105
3.2.3. Щелевая коррозия в кузовах автомобилей 107
3.2.4. Электрохимическая коррозия стали 08кп в коррозионной среде 110
3.2.5. Определение влияния составляющих дорожных загрязнений на коррозию черных металлов 113
3.2.6. Электрохимическое поведение стали 08кп с различными защитными покрытиями 117
3.2.7. Физико-химические свойства покрытий 122
3.3. Результаты производственных испытаний 138
3.3.1. Изменение физико-механических свойств защитных покрытий при натурных испытаниях 138
3.3.2. Сравнительные испытания защитных покрытий на автомобиле 144
3.3.3. Разработка рекомендаций по корректированию периодичности противокоррозионной обработки днища легковых автомобилей 152
3.4. Технико-экономические показатели внедрения в производство олигопластизоля 162
3.4.1. Экономическое обоснование применения олигопластизоля в качестве противокоррозионного состава 162
3.4.2. Экономическая эффективность олигопластизоля по отношению к пластизолю 164
Общие выводы 166
Литература 168
Приложения 183
- Особенности конструкции кузова легкового автомобиля и его коррозионного износа
- Способы и средства защиты от коррозии кузова автомобиля
- Возникновение и развитие атмосферной коррозии
- Сравнительные испытания защитных покрытий на автомобиле
Введение к работе
Коррозия является одним из наиболее опасных видов разрушения. Потери от нее во всем мире продолжают оставаться огромными. Так, по данным некоторых научно-исследовательских центров, ежегодные убытки в мире от коррозии достигают до 100 млрд. долларов США [22], а по некоторым странам они составляют 2...5% национального дохода. В Германии ежегодный ущерб от коррозии оценивается в 60 млрд. немецких марок [128, 141]. Имеются данные, что ежегодные потери от коррозии металлов доходят до 10 % обт>ема ежегодной их выплавки [36, 39, 100, 133]. Только на капитальный и текущий ремонт машин и оборудования, преждевременно вышедших из строя вследствие коррозионного разрушения, ежегодно в нашей стране расходуется 5-7 млрд. руб.
По сведениям [54] потери от коррозии в США превышают 120 млрд. долларов в год.
Заводы-изготовители при сборке машин закладывают плановый ресурс их работы. Однако, изделия в процессе эксплуатации иногда имеют длительные перерывы в использовании и в то же время подвергаются действию различных агрессивных сред, в результате их ресурс снижается. В некоторых случаях этот процесс может превышать величину механического износа от применения машины по функциональному назначению [30, 79, 97, 98, ПО].
Общие убытки от коррозии включают в себя, наряду с прямыми, также и косвенные потери, связанные с простоями и выходом из строя оборудования, снижением качества продукции, нарушением технологических процессов, авариями, потерей сырья и готовой продукции, нарушением природного экологического баланса в связи с загрязнением окружающей среды и т.д.
Решение проблемы противокоррозионной защиты металлов особо важное значение имеет в отрасли автомобилестроения, в том числе и сервисного обслуживания.
Достаточно отметить, что затраты труда на техническое обслуживание и ремонт автомобилей за амортизационный срок в 6... 10 раз превышают аналогичные затраты на их изготовление [87, 110, 131]. Зарубежные исследователи подсчитали,
что из-за коррозии ежегодно снимается с эксплуатации 16 млн. легковых автомобилей, в том числе в США - 6 млн., в Германии - свыше 1 млн. [15].
Срок службы современных легковых автомобилей в значительной степени зависит от коррозионной стойкости кузова, в особенности его днища, так как уже через 2,5...3 года после начала эксплуатации автомобиля на днище кузова появляются первые очаги коррозии, а через 4...5 лет начинаются разрушения усилителей днища кузова и мест присоединения несущих стоек. Потери металла от коррозии кузовов легковых автомобилей за весь период эксплуатации составляют 35...40 %, а кузовов автобусов за 6...7 лет эксплуатации - 60 % от их стоимости [12].
Основными причинами коррозионных разрушений днищ кузовов автомобилей являются агрессивные загрязнения автомобильных дорог, промышленные отработанные газы, химические средства, применяемые для борьбы с обледенением дорог в зимнее время и т.п.
В настоящее время для отечественного автомобилестроения характерны, к сожалению, и недостаточно высокая культура производства, отклонения от технологического регламента на стадиях подготовки поверхности и нанесения противокоррозионных покрытий. Оставляет желать лучшего и конструкция автомобилей.
Некачественная подготовка поверхности и нанесение покрытий с отклонением от технологического регламента способствует появлению подпленочной коррозии металла и разрушению защитных покрытий. Наличие в конструкции кузова коробчатых сечений, скрытых полостей, некачественных сварных швов приводит к весьма коварным видам щелевой и контактной коррозии, протекающей с высокой скоростью [11, 12, 30, 36, 87, 97, 98, 100].
Продолжительная сохранность нижних частей кузова обеспечивается совместным действием покрытий, наносимых на заводах-изготовителях и в процессе эксплуатации. Эти покрытия не заменяют, а дополняют друг друга. Для восстановления разрушенного заводского покрытия нижних наружных частей кузова (днища, лонжеронов, порогов, поперечин, арок колес) применяют мастики БПМ-3, МСА, «Бикор», «Барьер», «Кордон», «DUGLA MRB 3003», «BODY 930»,
«Тектил», «NOVA»h др. Как правило, они представляют собой композиции на основе битумов, наполнителей, пластификаторов и органических растворителей.
Однако, практика эксплуатации показывает, что надежно защищать кузова автомобилей от коррозии с помощью химических препаратов на основе минеральных масел, воска, графитосодержащих средств, а также битума и каучука полностью не удается, так как они быстро подвергаются абразивному изнашиванию, растрескиваются и отслаиваются [12, 30, 97].
Все применяемые составы имеют повышенную влагоемкость. В них отсутствуют ингредиенты, вытесняющие частицы влаги и заполняющие микро- и макропоры в высыхающей пленке. Практически, не разработаны нормативы периодичности противокоррозионной обработки днищ кузовов легковых автомобилей, а имеющиеся рекомендации противоречивы.
Это подтверждает, что разработка способов повышения стойкости днищ кузовов легковых автомобилей к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна с использованием недефицитных и недорогих средств, а так же установление рациональной периодичности их противокоррозионной обработки с учетом местных условий эксплуатации автомобилей является актуальной задачей.
В этой связи возникает противоречие между необходимостью повышения стойкости днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна и недостаточной изученностью этого процесса, что и определяет проблему исследования: какими должны быть способы и средства повышения коррозионной стойкости днища кузова легкового автомобиля и периодичность защитных обработок, чтобы максимально защитить его от коррозии с учетом региональных условий эксплуатации автомобилей (на примере Чувашской Республики).
Объектом исследования принят процесс воздействия агрессивной среды дорожного полотна на днище кузова легкового автомобиля, а предметом исследования - стойкость днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна в региональных условиях эксплуатации.
Цель исследования — разработка способа повышения стойкости днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна в региональных условиях эксплуатации и установление рациональной периодичности его обработки.
Гипотеза исследования - стойкость днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна может быть существенно повышена, если усовершенствованы защитные свойства применяемого заводом-изготовителем противокоррозионного материала и установлена рациональная периодичность его нанесения с учетом конкретных условий эксплуатации автомобиля.
Для реализации цели исследования и проверки гипотезы поставлены следующие задачи:
проанализировать и классифицировать факторы, способствующие коррозии днища кузова, и способы его защиты как при проектировании и изготовлении, так и при эксплуатации автомобиля;
выявить наиболее коррозионно-активные компоненты загрязнения дорожного полотна по отношению к днищу автомобиля;
установить характерные виды коррозионного поражения и наиболее коррозион-но-податливые места на днище кузова автомобиля;
сформулировать и научно обосновать требования к составам, определяющим стойкость днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна;
разработать способ повышения стойкости днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна;
- установить рациональную периодичность обработки днища кузова автомобиля
от коррозии с учетом коррозионной активности компонентов загрязнения полотна
дороги;
- произвести технико-экономическую оценку результатов выполненных исследо
ваний.
Методы исследований:
теоретические методы - в работе применялись методы математического моделирования, корреляционного и регрессионного анализа, планирования мпогофак-торного эксперимента с обработкой полученных данных на ЭВМ.
экспериментальные методы - исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по разработанным методикам, в основу которых положены нормативно-технические документы. Коррозионные потери образцов металла и снижение защитных свойств составов исследовались гравиметрическим и потенциодинамическим методами в растворе хлористого натрия и среде, имитирующей загрязнения дорожного полотна.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечены выбором методов исследования, адекватных цели и задачам исследования, опорой на основные теоретические положения, сочетанием теоретического анализа проблемы и результатов лабораторных и производственных испытаний, длительностью экспериментов, экспериментальной базой и поверенными измерительно-регистрирующей аппаратурой и приборами.
Научная новизна:
математическая модель влияния компонентов загрязнения полотна автомобильной дороги на коррозию днища кузова в зависимости от их сочетаний;
зависимость интенсивности коррозионных процессов от факторов, характеризующих состояние агрессивной среды дорожного полотна
установление рациональной периодичности противокоррозионной обработки днищ кузовов легковых автомобилей с учетом коррозионной активности компонентов загрязнения полотна дороги.
Практическая значимость:
- повышена стойкость днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрес
сивных компонентов загрязнения дорожного полотна за счет использования пред
лагаемого состава, что позволило увеличить периодичность обработки днищ ку
зовов легковых автомобилей на 20%.
Реализация результатов. Результаты исследования внедрены на ряде СТОА г.Чебоксары (ОАО «Чувашавтотехобслуживание», ООО «Автосервис-Центр»), а так же используются в учебном процессе в МАДИ.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-технической конференции «Высокомолекулярные соединения в промышленности: технология производства и применения» (Пенза, 1997 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии» (Пенза, 1998 г., 1999 г.), на региональной научно-практической конференции «Реализация программы стабилизации и развития потребительской кооперации РФ на 1998...2002 гг.» (Чебоксары, 1998 г.), на научно-практических конференциях Чебоксарского кооперативного института МУПК (Чебоксары, 1997 г., 2000 г., 2001 г.), на 1-ой научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского госуниверситета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2000 г.), на научно-практической конференции «Кооперативная самобытность в XXI веке» (Казань, 2000 г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВФ МАДИ (ГТУ) (Чебоксары, 2005 -2010 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской государственной сельхозакадемии (Чебоксары, 2006 г.), на 67-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) (2009 г.) на заседаниях кафедры «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» ВФ МАДИ (ГТУ) (Чебоксары, 2002 - 2009 гг.), на заседании кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» МАДИ (ГТУ) (Москва 2009 г., 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе в одном из изданий, рекомендованных ВАК РФ.
На защиту выносятся:
Зависимости влияния факторов загрязнений дорожного полотна на коррозионный износ днища кузова;
Способ повышения стойкости днища кузова легкового автомобиля к воздействию агрессивных компонентов загрязнения дорожного полотна;
Физико-механические характеристики предлагаемого состава для защиты днища кузова легкового автомобиля;
Установление рациональной периодичности противокоррозионной обработки днищ кузовов автомобилей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов и списка литературы, изложена на 223 страницах машинописного текста, включает 53 рисунка, 54 таблицы и библиографический список из 145 наименований.
Особенности конструкции кузова легкового автомобиля и его коррозионного износа
Срок службы современного автомобиля в основном зависит от коррозионной стойкости его кузова, а она лимитируется противокоррозионными свойствами применяемых защитных покрытий [12, 13].
Кузов является основным элементом легкового автомобиля. В общей стоимости у легковых автомобилей его удельный вес составляет 72...78%, а у автобусов— 80...85 % [18]. Стоимость ремонтного восстановления наиболее изношенных кузовов часто приближается к стоимости нового кузова.
Анализ деятельности авторемонтных предприятий в стране показывает, что стоимость ремонта полнокомплектного автомобиля достигает 80 % стоимости нового, а средний межремонтный ресурс должен быть около 80 %, но фактически не превышает 40 % доремонтного ресурса [131].
Для изготовления кузова в основном применяют стальные листы толщиной 0,5... 1,5 мм. Кузов в коррозионном отношении более уязвим, чем другие узлы, агрегаты и детали автомобиля, так как он имеет много труднодоступных мест для противокоррозионной обработки. К тому же подвержен не только коррозионному износу от различных реагентов, но и механическому от ударного воздействия выбрасываемых колесами различных частиц (песка, гравия, щебня, почвы и т.п.). При этом, чем больше скорость движения, тем сильнее ударное воздействие. Сила удара материальной частицы зависит от ее массы, частоты вращения колеса, наружного диаметра шины и в общем виде описывается уравнением где т — масса частицы; q — ускорение свободного падения тела; со — угловая скорость колеса; г — радиус колеса.
Постоянное механическое воздействие частиц щебня, гравия и песка совместно с водой и солью в состоянии «пробить» даже надежные защитные покрытия.
Работа двигателя и выхлопной системы автомобиля также может провоцировать появлению ржавчины, т.к. функционирование данных узлов связано с существенным повышением температуры их поверхностей и наличием коррозион-но-активных составляющих отработанных газов. Они способствуют разрушению защитных покрытий, происходит «обнажение» металла с последующей постоянной коррозией поверхности под действием различных агрессивных факторов окружающей среды и загрязнений дорожного полотна.
На рис. 3.25...3.30 приведены характерные места поверхности днища кузовов автомобилей, подверженные коррозионному износу. Фотографии получены с автомобилей, поступивших на техническое обслуживание и ремонт в ОАО «Чу-вашавтотехобслуживание» в 2006-2007 гг.
Изучение литературных источников, практика и обследования состояния поверхности днища кузовов автомобилей, поступивших на ТО и ТР в ОАО «Чуваш - -автотехобслуживание» в течение 2006...2007 гг., (рис. 3.25...3.30) позволили нам классифицировать факторы, влияющие на коррозионный износ поверхности днища кузова (рис. 1.3).
Из рис. 1.3 видно, что в общем виде все факторы, способствующие коррозии деталей автомобилей подразделяются на зависимые и независимые. К зависимым относятся эксплуатационные (зависимые от организации эксплуатации). Независимые классифицируются на внутренние (определяемые соблюдением конструктивных и технологических требований на заводах изготовителях), и внешние (определяемые состоянием атмосферы и загрязнением дорожного полотна (средств, применяемых против обледенения в зимнее время));
Внутренние факторы связаны в основном с конструированием, выбором конструкционных и защитных материалов, технологией изготовления автомобилей и нанесением противокоррозионных и защитных составов на поверхности деталей, узлов и агрегатов. Регулировать их потребитель не в состоянии, только при обнаружении грубых нарушений он может возместить убыток по приобретению и использованию автомобиля через оформление рекламации. Одновременно с выбором конструкционного материала необходимо избежать возможности появления контактной коррозии, когда при соприкосновении конструкционных материалов с разной величиной электродного потенциала возможно образование гальванопары.
Влияние состояния элементов автомобиля на его безопасность, рассматриваемое в ряде работ, в значительной степени относится к системам, обеспечивающим безопасность движения [25, 73, 74, 75, 80, 81, 82, 96, 119]. Анализ влияния степени износа кузова транспортного средства на безопасность, в особенности легкового автомобиля, в научных исследованиях не проводился.
По возможности желательно, особенно в деталях, обеспечивающих безопасность движения автомобилей, быстро корродирующий материал заменять на практически неподверженные коррозии конструкционные материалы. Так, в [143] показано, что в автомобилестроении гибкие трубы и шланги с успехом можно изготовить из термопластического материала Noryl — сплава полифенилоксида с полиамидом.
Также необходимо отметить, что при выпуске автомобилей заводы-изготовители должны учитывать возможные климатические и другие условия региона-потребителя. Так, если в сельской местности средней полосы России годовые коррозионные потери низколегированных сталей составляют до 140 г/м2, то здесь же в промышленной атмосфере с содержанием сернистых соединений они могут доходить до 700 г/м" [116].
Способы и средства защиты от коррозии кузова автомобиля
В целом общую защиту от коррозии деталей машин можно подразделить на три вида: - при проектировании и изготовлении автомобилей (рис. 1.4); - во время эксплуатации или применения по функциональному назначению; - в период длительного хранения (в последнее время автомобили в условиях городов и крупных населенных пунктов почти круглый год находятся в эксплуатации).
В нашей стране и за рубежом для защиты автотранспортных средств от коррозии, в первую очередь их кузова, стараются применять коррозионностойкие материалы, т.е. ставится задача по выбору материалов. Листовой прокат, идущий на изготовление кузова, должен быть не только стойким против коррозии, но и технологичным, т.е. пригодным для штамповки, дешевым и тонким, чтобы уменьшить массу кузова. Поэтому для штамповки силовых элементов (раскосы, косынки, усилители, стойки, кронштейны, лонжероны) легковых автомобилей ВАЗ и ГАЗ вместо сталей 08Ю и 08кп начали применять сталь 08ГСЮТ(Ф), имеющую повышенную механическую прочность. Тем более, что детали из нее можно штамповать на том же оборудовании. Как показали результаты исследований, толщина листа из этой стали может быть уменьшена почти па 20 % [18].
Надо отметить, что попытки конструктивного решения защиты кузова от коррозии за счет материалов с высокими противокоррозионными свойствами делались и раньше. Например, первые легковые автомобили с кузовом из нержавеющей стали были выпущены в США еще в 1936 г. Гарантийный срок их службы был равен 25 годам. В Германии автомобиль, выпущенный в 1967 г., после 100 тыс. км пробега тоже не имел никаких коррозионных повреждений. Но нержавеющая сталь не очень пригодна к глубокой вытяжке, а главное - дорогой материал. Она и в будущем дешевле не станет, поскольку никель - один из основных составляющих нержавеющей стали - металл дефицитный и дорогой.
В этом смысле более перспективен алюминий, кузова из которого пытались изготовлять уже в начале прошлого столетия. Тогда он привлекал возможностью уменьшить массу деталей, но изготовлялись кузова ручным способом. Например, для хорошо известных английских «Лендроверов», выпускаемых с 1948 г., коррозионная стойкость кузова считается главным показателем, поэтому дают здесь предпочтение сплавам из алюминия.
Не избегают алюминия и его сплавов и другие фирмы. Из него изготавливают крышки, колпаки, бамперы, двери и крылья. В 1978 г. каждый американский автомобиль имел восемь алюминиевых деталей общей массой 50 кг, к 1980 г. масса деталей из легких алюминиевых сплавов возросла до 80 кг, т.е. до 4 % общей массы автомобиля. В настоящее время эта доля достигла 6—7 %. Есть модели, в конструкции которых доля алюминиевых деталей составляет 30 % от общей массы, благодаря чему сама масса кузова снизилась на 40 % (каждый килограмм алюминия облегчает автомобиль на 1,5 кг).
В нашем отечественном автомобилестроении также довольно широко используются хорошо штампующиеся сплавы типа «Авиаль» (для наружных панелей) и АМг (для внутренних панелей).
И все же алюминий и его сплавы пока не стали основным материалом для массового автомобильного производства. Этому есть ряд причин: - геометрия штампов для изготовления стальных деталей не соответствует той, которая нужна для изготовления алюминиевых деталей. - при изготовлении кузовов автомобилей из листовой стали применяется точечная сварка. Ее, очевидно, желательно сохранить и для сварки деталей из алюминиевых сплавов. Но эксперименты показали, что мощность сварочных аппаратов нужно увеличить в 1,5 раза. Кроме того, при точечной сварке алюминиевых сплавов быстро «засаливаются» электроды, что для массового и крупносерийного производства неприемлемо. - при окраске алюминиевых деталей приходится предусматривать такие технологические процессы подготовки поверхностей, окраски и сушки, при которых цвет этих деталей не отличается от цвета самого кузова. Кроме того, в местах прилегания алюминиевых деталей к стальным краска (или прослойка) должна
предотвращать контакт между ними, чтобы не возникла гальваническая пара, вы зывающая коррозию металла. - пока нет композиций алюминиевых сплавов, специально предназначенных для кузовов; узок (особенно по толщине) сортамент выпускаемых листов из алю миниевых сплавов, что ведет к их перерасходу. - совершенно не разработаны методы ремонта алюминиевых кузовов и отдельных их частей. Ведь алюминий — мягкий и трудносвариваемый материал.
Весьма перспективными считаются полимерные материалы: они значительно легче металлов. В [20] отмечено, что одна тонна полимеров в среднем заменяет три тонны цветных металлов и до 7,7 тонн стали.
Преимущество полимерных материалов заключается также в том, что они имеют повышенную вязкость и динамическую прочность, равную или даже большую прочности металлов; легче обрабатываются; не подвержены коррозии; обладают хорошими электро-, термо- и шумоизолирующими свойствами; окрашиваются в массе, что исключает необходимость поверхностной окраски; обеспечивают при авариях большую безопасность для пассажиров. Потребность в энергии при изготовлении единицы объема деталей из различных полимерных материалов значительно ниже, чем деталей из стали и алюминия.
Но пока в отечественной и зарубежной практике полимеры применяются в основном для внутренней отделки автомобиля (63 %) и значительно меньше —- в кузове (15 %). Все дело в длительности изготовления, качестве поверхности, окраске и старении деталей из них, а также в том, что их переработка обходится дороже, а скрап не находит применения.
Возникновение и развитие атмосферной коррозии
Поскольку детали автомобилей изготавливаются из ряда материалов, то при наличии электролита (влаги с загрязнением) па поверхности деталей могут образовываться микро- и макрогальванопары. При этом железо в паре с менее активным металлом является анодом. А в гальванопаре всегда корродирует более активный металл — анод.
Коррозия анода сопровождается двумя видами реакций — окислительной на аноде (образование ржавчины) и восстановительной на катоде.
Окислительная реакция может быть представлена как процесс, при котором атомы железа отделяют два электрона:
Ионы железа переходят в раствор электролита в месте контакта его с анодом. Эти два электрона сообщают аноду отрицательный заряд и тем самым вызывают ток по направлению к катоду, где соединяется с отрицательно заряженной гидроксильной группой ОН-, которая всегда присутствует в растворе электролита: Тогда суммарная реакция на аноде может быть записана в следующем виде: Под действием ионов железа на катоде возникают ионы водорода Н+, с которыми и соединяются электроны анода. Схема этого процесса записывается в следующем виде: Если анодные и катодные реакции объединить, то они приводят к общей реакции коррозии [98]:
Таким образом, железо в сочетании с водой и менее активными металлами переходит в гидроокись железа.
Другим коррозионно-активным по отношению к черным металлам веществом является хлорид натрия (техническая соль с объемной массой 2,16 т/м3). Он в смеси с песком применяется в качестве основного противообледенителя российских дорог в зимнее время. В Чувашской Республике такая смесь является единственным средством для борьбы с зимней скользкостью на дорогах. Её изготавливают на ФГУ ДЭП №145 (г.Чебоксары) и его 7 филиалах по республике. На 1000 м обрабатываемой площади дорожного полотна рассеивают за зиму до 5...8 м смеси. Смесь распределяется на обрабатываемую поверхность из расчета 250...300г/м2. Готовят смесь следующим образом. Песок просеивают через грохот, затем равномерно распределяют слоем около 50...70 см на специально оборудованных площадках с асфальтобетонным покрытием. По слою песка посыпают слой хло-рида натрия из расчета 50... 120 кг на 1 м песка и перемешивают с помощью автопогрузчика типа Д-452. Повторяя этот процесс, доводят высоту заготавливаемой смеси до 8...10 м и сверху засыпают слоем соли толщиной до 5 см.
В зимнее время во влаге, находящейся на поверхности днища автомобиля, всегда находится хлорид натрия (в обиходе «техническая соль»), который приводит к повышенной проводимости электролита и, как следствие, увеличению скорости окисления анода. При этом дополнительно образуется раствор соляной кислоты и хлорного железа:
Химическое взаимодействие С другой стороны хлористый натрий во влажной среде (электролит) диссонирует на анионы и катионы: Анионы натрия Na+ по отношению к черным металлам нейтральны, а катионы хлора СГ способствуют образованию точечной коррозии на поверхности металла. При этом процесс коррозии идет преимущественно в глубь металла, чем по ширине (рис. 2.3).
Как правило, глубина точечной коррозии h, всегда больше его ширины. На глубине точечной коррозии И, механическая прочность металла снижается на величину где о- механическая характеристика сортамента конструкционного материала, МПа, Н/мм2.
Интенсивность скорости проникновения коррозии в глубь конструкционного материала обычно оценивают отношением величины глубины в единицу времени, например, мм/год. Тогда можно прогнозировать срок службы изделия и разрабатывать мероприятия по предотвращению появления точечной коррозии с развитием или уменьшением ее интенсивности.
Сравнительные испытания защитных покрытий на автомобиле
Анализ результатов показывает, что надежность противокоррозионного покрытия можно улучшить путем изменения соотношения исходных компонентов. Наименьшая потеря массы и разрушение защитного покрытия наблюдаются при соотношении Д-11А/Д-10ТМ, равном 100:5. Это можно объяснить тем, что специфика полиуретанов обусловлена их полиблочным строением, высокой концентрацией уретановых и других полярных группировок (сложноэфирные, акрилатные, ароматические, водородные и др.), образующих в системе прочные физические связи, способные к перестройке под воздействием внешних факторов.
Одним из факторов, объясняющих повышение противокоррозионной надежности полученной смеси, является способность олигоэфируретанакрилата к полимеризации за счет концевых ненасыщенных групп молекул, что обеспечивает участие олигоэфируретанового блока заданного типа в оформлении трехмерной структуры отверждающегося полимера. Олигоэфируретандиметилкрилаты из-за своей высокой молекулярной массы и наличия в цепи полярных уретановых групп, способны к проявлению сильных межмолекулярных взаимодействий по водородным связям. Все это позволяет «переносить» основные свойства олигомера в соответствующее противокоррозионное покрытие.
Таким образом, проведенные производственные испытания подтверждают результаты лабораторных испытаний и позволяют рекомендовать изученную композицию для применения в качестве противокоррозионной защиты днищ кузовов легковых автомобилей.
Кроме испытаний на пластинах, закрепленных к днищам автомобилей, рекомендуемый состав был испытан в реальных условиях эксплуатации автомобилей в сравнении с пластизолем. Для этого днища автомобилей «ВАЗ», эксплуатируемых в режиме такси, были обработаны в условиях ООО «Автосервис-Центр» испытываемыми составами (Приложение 12).
Исследования параметров атмосферных условий и состава загрязнений дорожного полотна основной территории эксплуатации легковых автомобилей-такси «ВАЗ» и маршрутных такси на базе «Волга» и «Газель» в зоне расположения г.Чебоксары и его пригорода в радиусе 70 км позволили классифицировать условия их эксплуатации на две условные группы: Городская зона - г.Чебоксары (число жителей около 650 тыс.человек, количество автомобилей, принадлежащих населению, на 1.12.2005 г. - 73 тыс. единиц, общее число станций и пунктов технического обслуживания и ремонта автомобилей - 55 единиц, в том числе занимающихся противокоррозионной обработкой кузовов - 14); - г.Новочебоксарск (соответственно: число жителей 127 тыс.человек, автомобилей 13 тыс. единиц, станций и пунктов технического обслуживания - 14, в том числе занимающихся противокоррозионной обработкой кузовов - 3); Внегородская зона - автомагистраль М7 «Москва-Уфа» (маршрут такси «Чебоксары-Канаш» протяженностью 80 км)
Поэтому нами были взяты под длительное наблюдение три группы по шесть автомобилей «ВАЗ», согласно договора сотрудничества (Приложение 18). Каждая группа автомобилей эксплуатировалась в режиме такси в соответствующих условиях: первая группа- по г.Чебоксары вторая группа- по г.Новочебоксарск третья группа- в условиях автомобильной дороги М7 «Москва- Уфа» по маршруту Чебоксары - Канаш. В каждой группе днища трех автомобилей обрабатывались олигопластизо-лем (смесь пластизоля Д- ПА и олигомера Д-ЮТМ в массовом соотношении 100:5). Базой сравнения в каждой группе были три автомобиля, прошедшие обработку днища пластизолем Д-11А. Необходимо отметить, что технология нанесения составов была единой (Приложение 14).
Через каждые 15 дней эксплуатации автомобили обследовались на предмет выявления очагов коррозии по контрольным точкам (рис. 3.6).
При этом фиксировали пробег автомобилей. Результаты наблюдений представлены в таблицах 3.45; 3.46; 3.47 и на рис. 3.32, 3.33, 3.34.
