Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 16
1.1. Анализ хранения и противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники 16
1.2. Особенности коррозии* и износа техники в сельском хозяйстве 23
1.2.1. Коррозионные разрушения сборочных единиц и деталей 24
1.2.2. Коррозионно-механическое изнашивание деталей'и сопряжений 35
1.3. Анализ и оценка факторов, влияющих на трудозатраты устранения последствий отказов техники по причине коррозионных процессов 40
1.3.1.Анализ факторов, влияющих на техническое состояние машин 40
1.3.2. Разработка математической модели для оценки трудозатрат по устранению последствий отказов 48
1.4. Обзор средств защиты от атмосферной коррозии 59
1.4.1. Маслорастворимые ингибиторы 61
1.4.2. Водорастворимые ингибиторы 67
1.5. Нанотехнологические добавки в смазочные материалы 72
Выводы по главе 1 и задачи исследования 81
Глава 2. Теория и практика создания средств защиты от коррозии и износа 84
2.1. Процессы на границе раздела фаз 84
2.2. Ювенильная поверхность металла 91
2.3. Молекулы цепного строения и их свойства 98
2.3.1. Структура и свойства метиленовых цепей 99
2.3.2. Метиленовая цепь как упругая система 107
2.3.3. Физико-химические свойства фторуглеродных цепей 111
2.4. Влияние строения поверхностно-активных молекул на процесс адсорбции 116
2.5. Свойства мономолекулярных слоев 123
2.5.1. Мономолекулярные слои на поверхности жидкости 123
2.5.2. Мономолекулярные слои на поверхности твердых тел 131
2.6. Органические соединения с цепной молекулярной структурой 133
2.6.1.Природные жирные кислоты 133
2.6.2. Синтетические жирные кислоты 135
2.6.3. Перфторкарбоновые кислоты 138
2.6.4. Аминоспирты 139
2.7. Получение наноматериалов для производства защитных средств 141
2.7.1. Синтез боратов этаноламинов 141
2.7.2. Синтез боратов этаноламидов карбоновых кислот 146
Выводы по главе 2 149
Глава 3. Программа и методика исследования 151
3.1. Программа исследования процессов коррозии 151
3.2. Методики исследования защитных свойств контактных ингибиторов коррозии 166
3.2.1. Методика электрохимических исследований 173
3.2.2. Гравиметрический метод 181
3.3. Методика ускоренных коррозионных испытаний 183
3.4. Методика исследования биоповреждений 185
3.5. Методика исследования противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов 194
Глава 4. Результаты исследований и их анализ 199
4.1. Антикоррозионные свойства и биостойкость боратов этаноламинов 199
4.1.1. Коррозионные испытания 199
4.1.2. Электрохимические исследования 203
4.1.3. Исследования биостойкости 207
4.2. Антикоррозионные свойства боратов этаноламидов карбоновых кислот 211
4.2.1. Результаты сравнительных оценок антикоррозионных свойств 211
4.2.2. Электрохимические исследования 242
4.3. Сравнительные трибологические исследования смазочных композиций 251
4.3.1. Трибологические характеристики композиций на основе трансмиссионного масла ТМ5-18 251
4.3.2. Исследование топографии поверхностей контакта «ролик-колодка» 262
Выводы по главе 4 267
Глава 5. Практическая реализация результатов исследований и их технико-экономическая эффективность 269
5.1. Технология повышения качества смазочных материалов 269
5.2. Технология снижения образования низкотемпературных отложений во впускной системе двигателей внутреннего сгорания 279
5.3. Рекомендации по защите резьбовых соединений от термоокислительного и коррозионного «схватывания» 286
5.4. Технология применения консистентных смазок с нанодобавками для высоконагруженных трибосопряжений 290
5.5. Технология применения консистентных смазок с наномодифицированными наполнителями 296
5.5.1. Технология получения наномодифицированных наполнителей 297
5.5.2 Консистентные смазки с наномодифицированным графитом 305
5.5.3. Консистентные смазки с наномодифицированным дисульфидом молибдена 309
5.5.4. Рекомендации по применению наномодифицированных твердых смазочных покрытий 313
5.6. Применение лакокрасочных материалов с водо- и маслоотталкивающими свойствами 318
5.7. Рекомендации по восстановлению рабочих параметров плунжерных пар и повышению надежности топливной системы дизельных двигателей 322
5.8. Восстановление рабочих параметров двигателей внутреннего сгорания без разборки 328
5.9. Технико-экономическая эффективность разработанных защитных средств и технологий 344
Выводы по главе 5 351
Общие выводы 354
Список использованных источников 357
- Особенности коррозии* и износа техники в сельском хозяйстве
- Влияние строения поверхностно-активных молекул на процесс адсорбции
- Методики исследования защитных свойств контактных ингибиторов коррозии
- Антикоррозионные свойства боратов этаноламидов карбоновых кислот
Введение к работе
Актуальность проблемы. В Российской Федерации ежегодные прямые потери металлов из-за коррозии составляют до 12% от общей массы металлофонда, что соответствует потере до 30% ежегодно производимого металла. Кроме того, имеют место косвенные потери, которые в 3…4 раза превышают прямые. Металлофонд сельского хозяйства составляет 10…12% общего металлофонда страны (1600 млн. т), в то же время срок службы техники и оборудования в 2,5…3 раза короче, чем в промышленности и на транспорте. Из-за коррозионного разрушения происходит до 33% отказов сельскохозяйственных машин, на 40…55% снижается прочность углеродистых сталей и серого чугуна, в 2…4 раза увеличивается износ сопряженных деталей. На устранение ущерба, возникшего из-за потери агрегатами и деталями своих функциональных свойств, ежегодно тратится до 30% средств от общих затрат, расходуемых на восстановление их работоспособности. Защита сельскохозяйственной техники от атмосферной коррозии в процессе эксплуатации является необходимым условием сохранения ее ресурса и работоспособности.
Особого внимания заслуживает изучение влияния процессов коррозии на механическое изнашивание. Коррозионно-механическому изнашиванию подвержены втулочно-роликовые цепи и звездочки, детали режущих аппаратов, агрегаты и сборочные единицы топливной и тормозной системы, детали и сборочные единицы цилиндропоршневой группы, рабочие и транспортирующие органы почвообрабатывающих и уборочных машин, а также машин по внесению удобрений.
Неудовлетворительное состояние поддержания сельскохозяйственной техники (СХТ) в работоспособном состоянии при ее дефиците объясняется многими причинами. Одними из основных являются слабая материально-техническая база и отсутствие эффективных средств защиты от коррозии и износа. Дефицит отечественных защитных материалов остается важной проблемой на сегодняшний день. Это связано, в первую очередь, с прекращением производства ряда химического сырья, используемого в производстве ингибиторов коррозии. Отсутствие научно обоснованной концепции создания ингибиторов коррозии привело к появлению готовых к применению консервационных масел, представляющих сложные композиции, состоящие иногда более чем из 10 ингредиентов. Такие составы обладают низкой стабильностью и, как следствие, малым сроком хранения (до 6 месяцев). В них не учитывается механизм защитного действия каждого ингредиента, поэтому вместо суммарного синергического эффекта имеет место антагонистический (снижение эффективности). Такая же ситуация существует и на рынке противоизносных добавок. Как правило, состав средства производителем не раскрывается, не описан механизм действия препарата, а его эффективность обозначается декларативно. В связи с этим возникает острая необходимость разработки концепции создания защитных средств от коррозии и износа с полифункциональными защитными свойствами с применением нанотехнологий.
Цель работы. На основании теоретических исследований разработать концепцию создания и технологию органического синтеза базового химического соединения для средств защиты от коррозии и износа, разработать новые защитные средства и технологии их применения для повышения надежности сельскохозяйственной техники.
Задачи исследований:
-
Обосновать концепцию создания новых химических соединений для получения полифункциональных средств защиты СХТ от коррозионно-механического разрушения с использованием нанотехнологий.
-
Провести анализ физико-химических процессов на границах раздела фаз: электрохимической и химической коррозии, износа, трения, адгезии и т. д.
-
Установить закономерность влияния поверхностной молекулярной пленки на физико-химические процессы на границе раздела фаз.
-
Провести анализ и выбрать органические соединения с цепной молекулярной структурой для синтеза новых химических соединений.
-
Разработать технологию органического синтеза новых химических соединений и получить их структурные формулы.
-
Исследовать свойства полученных химических соединений и определить их перспективы применения как основы при разработке полифункциональных средств защиты от коррозии и износа.
-
Разработать защитные средства от коррозии и износа на основе полученных химических соединений, а также технологии их применения с использованием нанотехнологий.
-
Дать технико-экономическую оценку предложенных рекомендаций.
Объекты исследования. Процессы коррозионно-механического разрушения деталей, сопряжений, сборочных единиц и систем под воздействием внешних факторов и влияние их на надежность сельскохозяйственной техники и оборудования.
Предмет исследования. Механизмы защитного действия разработанных средств, установление их оптимальных составов и технологий применения.
Научная новизна:
-
Разработана концепция создания эффективных средств защиты от коррозии и износа с использованием нанотехнологий из возобновляемого отечественного сырья (растительных масел и отходов их производства).
-
Впервые описаны реакции органического синтеза и получены структурные формулы новых химических соединений.
-
Теоретически обоснованы и экспериментально установлены оптимальные концентрации полученных веществ в композициях.
-
Впервые получено новое химическое соединение, позволяющее существенно снизить гидродинамическое трение в трибосопряжениях сельскохозяйственной техники, что дало возможность получить значительную экономию электроэнергии и топлива.
-
Разработаны новые средства защиты от коррозии и износа, технологии восстановления эксплуатационных параметров двигателей и их систем без разборки. Новизна разработанных средств и технологий подтверждены 43 патентами на изобретения и полезные модели. Решением ФГУ ФИПС Роспатента разработки отнесены к нанотехнологиям (исх. № 41-2826-12 от 28.10.2008).
Практическая значимость. На полученные защитные средства созданы технологические регламенты и разработаны следующие технические условия: ТУ 2461-060-27991970–02 «Ингибиторы коррозии «ТЕЛАЗ», ТУ 2389-059-27991970–00 «Консервационное масло «АВТОКОН», ТУ 0254-017-27991970–96 «Смазка для резьбовых и других крепежных соединений «Удар», ТУ 22008-27991970–95 Эпилам «Автокон-0,5», ТУ 0253-062-27991970–05 Защитный состав «АВИАКОН», ТУ 2229-002-27991970–04 «Модификатор универсальный «УМ», ТУ 1741-063-27991970–07 «Дисульфид молибдена модифицированный ДМИ-7М».
На предприятии ЗАО «АВТОКОН» освоено производство 11 наименований разработанных средств, которые используются сельскохозяйственными и перерабатывающими предприятиями, строительными, металлургическими и машиностроительными заводами, предприятиями военно-промышленного комплекса (всего 80 предприятий).
Основные положения, изложенные в диссертации, могут быть использованы органами управления АПК на различных уровнях, в том числе коллективными и фермерскими хозяйствами, в учебном процессе высших и средних учебных заведений, а также институтами повышения квалификации.
Апробация работы. Результаты исследования были доложены на:
- Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технического сервиса в АПК», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2007 г.;
- научно-технической конференции «Проблемы химмотологии в области разработки, производства, оценки соответствия и применения горюче-смазочных материалов и технических средств нефтепродуктообеспечения», г. Москва, ФГУП 25 ГНИИ МО, 2007 г.;
- III международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении», г. Тольяти, ОАО «АВТОВАЗ», 2008 г.;
- научно-практическом семинаре «Задачи инженерных обществ по активному участию в экономическом развитии страны», г. Дубай, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Ассоциация инженеров Объединенных Арабских Эмиратов, 2008 г.;
- семинаре заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему: «Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2009 г.;
- международной научно-практической конференции «Менеджмент качества инновационной деятельности по развитию научно-технологического комплекса России: практика и перспективы», г. Москва, Федеральное агентство по науке и инновациям, 2009 г.
- техническом совещании по вопросам применения нанотехнологии эпиламирования в производстве газотурбинных установок, г. Москва, ФГУП «ММПП «Салют», 2009 г.
- ХIV международном конгрессе двигателестроителей, г. Рыбачье, Украина, Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», Национальный технический университет «ХПИ», 2009 г.;
- научно-практическом семинаре «Задачи инженерных обществ по стратегическому решению проблем, связанных с развитием всемирной экономики», о. Майорка, Испания, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Федерация инженеров в Королевстве Испания, 2009 г.;
- международной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», г. Москва, ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, 2010 г.;
- международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2010 г.;
- научно-практическом семинаре «Повышение качества подготовки инженеров и научных работников на стратегических направлениях технологического развития», г. Тель-Авив, Израиль, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Ассоциация инженеров Израиля, 2010 г.;
- 12-ой международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня», г. Санкт-Петербург, Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет, 2010 г.;
- международной научно-практической конференции «Трибология и экология», г. Москва, Департамент научно-технологической политики и образования Минсельхоза РФ, ФГОУ ВПО МГАУ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Академия проблем качества РФ, 2010 г.;
- круглом столе «Нанотехнологии в техническом сервисе машин», г. Москва, ГНУ ГОСНИТИ, 2010 г.;
- 14-ой международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве – инновационные технологии и модернизация в отрасли», г. Подольск, Министерство сельского хозяйства РФ, Российская академия сельскохозяйственных наук, ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, ФГНУ «Росинформагротех», ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 научных работы, в том числе монография, учебное пособие, два учебно-методических пособия, 21 статья в изданиях, рекомендованных ВАК, 41 патент РФ на изобретения и два патента на полезные модели.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации составляет 461 страницу машинописного текста, в том числе 385 страниц основного текста, 119 рисунков и 87 таблиц. Диссертация содержит библиографию из 271 наименования, из них 55 зарубежных источников.
Особенности коррозии* и износа техники в сельском хозяйстве
Анализ условий работы зерноуборочных комбайнов, тракторов и другой техники позволил выявить основные факторы, вызывающие разрушение деталей, сборочных единиц и сопряжений [30]: - агрессивность и абразивность внешней среды, обусловливающие наличие частиц почвы и удобрений на поверхностях СХТ; - воздействие окружающей температуры и атмосферных осадков, способствующее образованию пленки влаги; - динамические нагрузки; - исходное состояние поверхностей: шероховатость, твердость и т. д.
Постоянное воздействие комбинаций указанных факторов вызывает разнообразные разрушения. Наиболее типичными видами таких разрушений являются: атмосферная коррозия, коррозионно-механический износ, коррозионная усталость, коррозионное растрескивание, фреттинг-коррозия.
Изучение состояния различных машин после 1...3 лет эксплуатации позволяет сделать вывод: коррозионному воздействию окружающей среды в той или иной мере подвержены более 70...80% деталей и сборочных единиц этих машин. Следовательно, коррозионные разрушения — объективный и закономерный результат воздействия окружающей атмосферы и термодинамической неустойчивости металлических материалов, из которых изготовлены детали машин [31].
Коррозионные разрушения, вызывая потерю массы, изменяя шероховатость поверхностей деталей, интенсифицируют износ сопряжений, снижают усталостную прочность, вызывая появление многочисленных трещин и разрывов металла,, особенно в тонколистовых металлоконструкциях и сварных соединениях. Вследствие этого снижаются работоспособность и ресурс машин и их элементов, возрастают затраты на ремонт и устранение последствий отказов.
Анализ критериев предельного состояния систем, агрегатов и сборочных единиц зерноуборочного комбайна СК-5 показал, что такие ресурсные отказы, как предельные деформации корпусов жатки, наклонной камеры и, молотилки, износы, трещины, изломы сопряжений и сборочных единиц основных систем и агрегатов, вызваны совместным воздействием механических и климатических нагрузок окружающей среды и сопровождаются коррозией металла.
По данным для комбайнов СК-5 и тракторов К-701, поступивших в первый капитальный ремонт после 2...3 лет эксплуатации, коррозионным разрушениям подвержены детали и сборочные единицы комбайна 224 наименований и детали трактора 150 наименований. Площадь коррозионных поражений каждой детали или сборочной единицы составляла от 15 до 90% поверхности.
Для подробного изучения характера и особенностей коррозионных разрушений была отобрана 141 типичная деталь комбайна. За критерий отбора взята- площадь коррозионного поражения каждой детали, которая составляла 25% и более. В эту номенклатуру вошли наиболее подверженные коррозии детали режущего аппарата, крепеж, цепи, шкивы, звездочки, а также детали из тонколистовой стали, которые при ремонте нуждаются в замене или ремонтных воздействиях [30].
Перечень наиболее характерных деталей и сборочных единиц комбайна СК-5 и трактора К-701, имеющих коррозионные разрушения перед первым капитальным ремонтом, представлен в таблице 1.3.
Достаточно полно последствия коррозионных поражений поверхностей деталей и сопряжений зерноуборочного комбайна можно оценить измерением шероховатости поверхности. Профилограммы, снятые с деталей комбайнов и других машин; хранившихся с различной степенью очистки в условиях открытого атмосферного воздействия и в складском помещении, показывают, что максимальная- глубина коррозионного поражения на стальных поверхностях может достигать 220 мкм.
Выявлены зависимости глубины коррозионного поражения и потери массы металла от продолжительности увлажнения поверхностей [31]. Для углеродистых сталей марок Ст.З и 08кп эти зависимости применительно к условиям Нечерноземной зоны аппроксимируются показательными функциями вида
Влияние строения поверхностно-активных молекул на процесс адсорбции
Избыток, или недостаток вещества в поверхностном слое, отнесенный к единице площади поверхности, обозначим через Г и выразим в г/см или моль/см-. При F 0: происходит положительная адсорбция, при Г 0 -отрицательная:, Вещества при небольшой концентрации, понижающие поверхностное натяжение (а) на границе раздела фаз, для которых Г 0 и —- 0 носят название поверхностно активных. К поверхностно-активным веществам относятся карбоновые кислоты. Их поверхностная активность зависит не только от полярной- группы (-G0OH), но и от величины неполярной группы - радикала (R): Удлинение углеводородной цепи ведет к увеличению поверхностной активности (правило Траубё):. При= растворении ПАВ происходит его положительная адсорбция в поверхностном слое согласно уравнению Гиббса, характеризующего- меру способности понижать свободную поверхностную энергию на данной поверхности раздела: Поверхностная активность G выражается уравнением [156]: Термодинамическое уравнение Гиббса применимо к любой поверхности двух граничащих фаз. Экспериментальные данные показывают, что уже первые прибавленные порции ПАВ вызывают сильнее понижение поверхностного натяжения, с дальнейшим же прибавлением оно медленно уменьшается и далее почти не изменяется с увеличением концентрации.
На рисунке 2.16 представлен график зависимости поверхностного натяжения ( т) от концентрации (с) ПАВ. Изотерма адсорбции Гиббса При изучении поверхностного натяжения растворов ПАВ встречаемся с весьма важной закономерностью, найденной Дюкло при исследовании поверхностной активности гомологического ряда предельных спиртов и более точно сформулированной Траубе (правила Дюкло-Траубе) [157, 158]. Как установил Траубе, в гомологическом ряду жирных кислот, вызываемое ими понижение поверхностного натяжения воды тем больше, чем длиннее углеводородная цепь, причем при удлинении цепи на группу -СН2—, т. е. при переходе к последующему члену гомологического ряда, поверхностная активность на границе раствор - воздух возрастает в 3...3.5 раза. На рисунке 2.17 приведены кривые а — с для водных растворов предельных жирных кислот. 0,54 с 5 — валериановой Как видно из рисунка, при переходе от одного члена гомологического ряда к другому кривые зависимостей могут быть совмещены при изменении масштаба оси концентраций в 3,2 раза. Таким образом, для того, чтобы карбоновая кислота, содержащая и+1 атомов углерода, вызвала такое же понижение поверхностного натяжения воды, как карбоновая кислота с п атомами углерода, их концентрации должны относиться, как 1:3,2. Правило Траубе справедливо только при малых концентрациях ПАВ, когда идет речь о начальной максимальной поверхностной активности. Математически правило Траубе можно сформулировать так: при удлинении цепи молекулы ПАВ в арифметической прогрессии - начальная поверхностная активность возрастает в геометрической. Для двух последовательных гомологов, отличающихся на группу -СНу-» справедливо: Правило Траубе применимо для различных гомологических рядов CnH2n+iP, где Р — полярная группа, например -СО0Н, -ОН; -NH2, -GON-и-др. Теоретическое обоснование правила Траубе дано. Ленгмюром, согласно1 которому любым двум последующим членам гомологического ряда, отличающимся на группу -СН2-, отвечает постоянная разница в работе адсорбции т. е. работе, которая- требуется для того; чтобы изотермически перевести один моль ПАВ из раствора в поверхностный слой.
Рассмотрим поверхностный слой, как область толщиной (5) і р Концентрация в этой области будет -, обратимая работа переноса одной грамм-молекулы ПАВ из объема в поверхность будет Обозначая Wn и Wn-i работу адсорбции для последующих, членов гомологического ряда с п и п-\ атомами углерода, получаем При удлинении углеводородной цепи на группу -СН2- работа адсорбции увеличивается на постоянную величину. Отсюда следует, что каждая группа -СН2- расположена по отношению к,поверхности так же, как любая группа в цепи, а это может быть только в том случае, когда цепи, расположены параллельно поверхности. Ленгмюр сделал вывод, что при малой концентрации в поверхностном слое поверхностно-активные молекулы расположены параллельно поверхности [159]. При . адсорбции из растворов происходит смешанная адсорбция -одновременная адсорбция растворенного вещества и растворителя. Для теоретических построений необходимо принимать во внимание не только взаимодействие адсорбируемых молекул с молекулами: твердой; поверхности но? и: взаимодействие между молекулами; растворителя? и; растворенного вещества? [}160]. ; Согласно уравнению їїйббса (2.3);. чем больше веществом способно? понижать поверхностную «энергию? на границе разделаЛТГ—Ж, т;.е; чем, больше: его поверхностная активность — —), тем.болыне оно должно адсорбироваться. Из; того же , уравнения? следует, что? вещества; повышающие поверхностную энергиютнагранице;ТТ-Ж, должнышытесняться;с поверхности? в объем; т. е. должна5 наблюдатьсяютрицателБная адсорбция; Наїпервьійівзгляд кажется; что= знаяшоверхностную активность,того или иного веществаша границе Ж—Л" или Ж— Жуможношредугадать егошоведение и? на; границе Ж—Ж. @днако; некоторые вещества; будучи- поверхностно активнымина одной поверхности раздела; могут вести себя; как неактивные на другой; и наоборот. Некоторые особенности строения молекул растворенного вещества;, например длина цепи; структура кольца, наличие полярных групп и; физическое состояние в= растворе влияют на адсорбцию. Кроме того, на адсорбцию влияет ряд других характеристик молекул растворенного вещества, например дипольныш момент. Важна также растворимость вещества, тесно связанная с другими! его свойствами; Можно: ожидать, что? отклонения» от идеальности в растворетакжевлияют на адсорбцию
Методики исследования защитных свойств контактных ингибиторов коррозии
При изучении защитных свойств ингибиторов и разработке технологий их применения проводят серии испытаний в различных условиях [59]: ускоренные лабораторные на образцах в эксикаторах, коррозионной камере и в объеме электролита (рисунок 3.2); лабораторно-стендовые (циклические с перепадом температур до 100С, в агрессивных средах SO2, H2S и т. д.) на образцах и деталях малых геометрических размеров (рисунок 3.2); ускоренные климатические на образцах и деталях в климатической камере (рисунок 3.3); натурные климатические на образцах, деталях, сборочных единицах, агрегатах и машинах на климатических испытательных станциях (рисунки 3.4...3.7) [59]. Сложность и многофакторность коррозионных процессов определяет и сложность всего цикла исследований и испытаний, связанных с разработкой и внедрением ингибиторов. Практика- показывает, что не может существовать одного или нескольких ингибиторов, пригодных для всех случаев. Наоборот каждый конкретный случайі требует применения специального ингибитора, разработанного догаданных специфических условий. Целью лабораторных исследований является - всестороннее изучение-свойств- контактных ИК применительно к заданным условиям, и выявление с помощью экспресс-методов наиболее эффективных из них для- последующих натурных испытаний.
Стадия лабораторных исследований! включает ряд последовательных этапов: - определение эффективности защитного действия электрохимическими-методами; - измерение скорости коррозии и эффективности действия, ингибиторов гравиметрическим илианалитическимметодами; - получение сравнительной оценки способности ингибиторов защищать изделия от атмосферной коррозии. Любой из этапов может включать, один или? несколько методов. Рассмотрим в отдельности каждый-из методов испытаний ингибиторов». Электрохимические методы определения скорости коррозии основаны на результатах поляризационных измерений, получаемых чаще всего с помощью потенциостатов или различного рода коррозиметров. Преимущество этих методов проявляется в возможности оценить механизм процессов. Их недостатком является не полная адекватность получаемых результатов и теоретических представлений, используемых при их интерпретации, которые не всегда могут учесть всю сложность явлений, происходящих на поверхности. До настоящего времени большинство методов оценки параметров коррозионного процесса построено на анализе кинетического уравнения [210 211]: . где Ь жЬк\соответственно анодная и катодная постоянные Тафеля; кор АЕ = Е - Е„, — поляризация электрода, измеряемая от потенциала коррозии (Екор). Метод экстраполяции. Классическим; методом . анализа поляризационных кривых является; метода экстраполяции. На рисунке 3.8 схематически показаны анодные и катодные поляризационные кривые в среде с ингибитором коррозии и без него; В. полулогарифмических координатах эти кривые; при достаточном удалении от потенциала коррозии превращаются в прямые. Экстраполяция прямолинейных участков анодной либо катодной поляризационной кривой на стационарный потенциал позволяют определить плотность тока коррозии (/кор, А/м ) и рассчитать ее скорость (К, г/м ч): где А — атомная масса?металла (55j85 для железа); п - валентность ионов металла (2 для железа); F-постоянная Фарадея, А-ч/г-экв. Сравнение величин тока коррозии в присутствии ингибитора (г р)? и без него икор) дает возможность рассчитать защитный эффект (Z, %) и коэффициент защиты (у)
Антикоррозионные свойства боратов этаноламидов карбоновых кислот
Образцами; для сравнительных испытаний служили консервационные масла? РЖ РУ 38Ц011315 90) КРМ (ОСТ 3801391-85) 20%-ные растворы бората этаноламида. карбоновых кислот (БЭКК) и смеси? бората этаноламида карбоновых кислотс бензотриазолом (БЭККБ) в индустриальном масле И-20А, индустриальные.масла И-5А; И-8А и И-20А (F0CT 20799-88); Испытания проводили; на образцах из металлов: сталь, хром;, кадмищ алюминиЩ,латунь, медь, цинк. Для; испытаний; применяли следующую аппаратуру, материалы и реактивы: Требования к устройству камер с автоматическим регулированием параметров относительной влажности и температуры воздуха, способам создания, поддержания и регулирования режимов в рабочем объеме камеры соответствовали требованиям [209]. Конструкция камеры исключает возможность попадания конденсата на. испытуемые образцы с элементов конструкций камер и вышерасположенных образцов и обеспечивает равномерное воздействие на них коррозионной среды. Для испытаний применяли пластинки поверхностью [(50,0x50,0) ±0,2] мм толщиной 3,0...5,5 мм. Непараллельность больших граней пластинок при. испытаниях не превышала: 0,006 мм:, шероховатость поверхности (Ra) составляла 1,25... 0,65 мкм по [222]. Пластинка имела отверстие для подвешивания, расположенное посредине одной из сторон на расстоянии 5 мм от края. Одну пластинку помещали в эксикатор (для?сравнения:с испытуемыми-при оценке результатов). В ; первой серии опытов пластинки, подвешенные на крючки, вертикально, погружали на одну мин в масла при температуре 201...25 С, затем их извлекали и выдерживали на воздухе в подвешенном состоянии в течение одного ч (для масел РЖ, КРМ, 20%-ный; раствор БЭККБ в И-20А для черных и цветных металлов, 20%-ный раствор БЭКК в И-20А для черных металлов): Во второй серии опытов пластинки погружали на 2...3 мин в масла при температуре 106±4С, затем, их извлекали и выдерживали на- воздухе в подвешенном состоянии в течение одного часа (для масел И-5А, И-8А, И-20А, 20%-ные растворы БЭККБ и БЭКК в И-20А). Пластинки с нанесенными консервационными;материалами подвешивали: в камере в вертикальном положении. Расстояние между пластинками а также между пластинками и стенками камерьь — не менее 50 мм.: Расстояние от нижних граней пластинок до дна камеры - не менее 200 мм. Испытания проводили циклами с периодической конденсацией влаги на образцах. Каждый цикл испытаний состоял из двух частей.
В первой части цикла образцы подвергали воздействию воздушной среды с температурой (40±2)С и относительной влажности 95... 100% в течение 7 часов. Во второй части цикла создавали условия конденсации влаги на образцах путем их охлаждения до температуры ниже температуры камеры на 5...10С или охлаждением образцов и камеры одновременно путем выключения нагрева камеры. Продолжительность второй части цикла — 17 часов. Начало испытаний считали с момента1 достижения; всех параметров, режима. Продолжительность испытаний устанавливали до появления на образцах коррозии 25. ..30% поверхности; В процессе испытаний производили осмотры пластинок или; съем части пластинок через равные промежутки времени от начала испытаний; но не реже; одного раза в сутки; для установления времени появления первого-коррозионного; очага. Вынужденные перерывы, превышающие 10% общего времени испытаний; был» зафиксированы; и; учтены; при оценке защитных способностей материалов; После; испытания с пластин; снимали масло фильтровальной бумагой и ватой; смоченной" бензином; а; затем; промывали; бензином и осматривали. Коррозионным разрушением считали; коррозионные очаги на поверхности металлических пластин в виде отдельных точек, пятен; нитей, язв, а также изменение цвета на меди до зеленого, темно-коричневого.; фиолетового, черного, на алюминии - до; светло-серого. Защитную способность масел оценивали по площади коррозионного разрушения за определенное время испытаний и по времени появления первого минимального коррозионного очага. , За минимальный; коррозионный очаг принимали? коррозионное разрушение в виде: - одной коррозионной точки диаметром не более двух мм; - ДВуХ КОррОЗИОННЫХ ТОЧЄК ДИаметрОМ; Менее ОДНОГО ММ; видимых невооруженным глазом. Коррозионные очаги на торцах пластинок и на расстоянии менее трех мм от краев не учитывали. Для оценки защитной способности консервационных материалов по площади коррозионного поражения определяли процент площади коррозионных.очагов от площади испытуемой пластинки.
