Способы защиты от коррозии автомобильных деталей

Коррозия— это разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внеш­ней (коррозионной) средой. При этом участки металла, подверг­шиеся коррозионному разрушению, полностью теряют свои ме­ханические свойства.

Коррозия может служить причиной преждевременного выхода из строя деталей, агрегатов, оборудования, а также аварий метал­лических конструкций. В результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5 % всего используемого металла. Принято считать, что в индустриально развитых странах убытки от коррозии составляют 2...4% национального дохода.

Большой ущерб коррозия наносит автомобильным конструкци­ям. Она, например, является основной причиной преждевремен­ного выхода из строя кузовов легковых автомобилей и автобусов. В процессе коррозии восстанавливаются те химические соедине­ния, в которых металл находится в естественных природных ус­ловиях, например в виде Fе₂О₃, Fе₃О₄, FеСО₃, А1₂О₃, СиFеS₂, Си₂S и т.д. Различают два вида коррозии: химическую и электро­химическую.

Химическая коррозия возникает в результате воздействия на металл сухих газов при повышенной температуре (газовая корро­зия) и агрессивных жидкостей неэлектролитов (бензин, масло, расплавы солей, сернистая нефть). При химической коррозии про­исходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окисли­телем окружающей среды. Примером химической коррозии мо­жет служить окисление клапанов двигателя внутреннего сгорания, топливных баков, трубопроводов деталей системы питания авто­мобильных двигателей.

В процессе газовой коррозии на поверхности металла образует­ся пленка оксида. При этом если у алюминия, хрома, никеля, свинца, олова эта пленка очень прочна и предохраняет металл от коррозии, то пленка оксидов железа непрочна и является причи­ной проникновения коррозии в глубь металла. Образование ока­лины на деталях выпускной системы автомобильного двигателя является наглядным подтверждением распространения химической коррозии в толще металла этих деталей. В неэлектролитах коррозия происходит вследствие наличия в них агрессивных соединений, разрушающих металл.

Электрохимическая коррозия является результатом воздействия на металлы различных электролитов — водных растворов кислот, щелочей, различных солей, проводящих электрический ток. К элек­тролитической коррозии относится и атмосферная коррозия, при которой влага из воздуха, содержащая СО₂, СО и другие примеси, конденсируется на поверхности металла. Пыль и другие загрязне­ния на поверхности металла усиливают адсорбцию влаги и газов, образуется влажная пленка, являющаяся электролитом.

В условиях электролита металлы и сплавы, имеющие разную напряженность, образуют гальванические пары. Поскольку прак­тически металлы и сплавы всегда физически и химически не­однородны (разные структурные составляющие сплава, оксидные пленки), при наличии на их поверхности электролита образуется множество микроскопических гальванических пар, в которых ме­талл с более высоким потенциалом становится катодом, а с менее высоким — анодом. Это приводит к тому, что участки металла, представляющие собой аноды гальванических пар, начинают разрушаться, их атомы переходят в электролит в форме ионов, ос­тавляя эквивалентное количество электронов в аноде.

При структуре стали, состоящей из феррита и цементита, в процессе электрохимической коррозии цементит остается неиз­менным, а феррит, растворяясь, образует с веществом электро­лита ржавчину. Чем выше разность потенциалов металлов, обра­зующих гальванические пары, и больше степень неоднородности структур, температура и величина внутренних напряжений, тем интенсивнее коррозия.

В зависимости от характера разрушения коррозия может быть сплошной, местной и межкристаллитной (по границам зерен) (рис. 20.1.). Если первые два вида обусловливаются химическим взаимодействием, то межкристаллитная коррозия имеет электро­химическую природу, и она наиболее опасна, так как сопровож­дается заметным снижением прочности сплава. Обнаружить межкристаллитную коррозию по внешнему виду очень трудно.

Рис. 20.1. Основные типы коррозионного разрушения:

а – равномерная коррозия; б – неравномерная коррозия; в – избирательная коррозия; г – коррозия пятнами; д – язвенная коррозия; е – точечная коррозия; ж – сквозная коррозия; з – ножевая коррозия; и – коррозия трещинами; к – межкристаллитная коррозия; л – подповерхностная коррозия; м – послойная коррозия

Многие детали на автомобиле подвержены также так называемо­му коррозионному износу, который возникает под действием знако­переменной нагрузки и коррозионного влияния окружающей среды.

Способы защиты от коррозии автомобильных деталей могут быть разделены на следующие группы:

• покрытия неметаллическими веществами;

• создание металлического покрытия;

• диффузионное насыщение поверхностного слоя;

• использование покрытий в виде пленок оксидов (химические покрытия);

• создание коррозионно-стойких сплавов;

• применение ингибиторов коррозии;

• использование органосиликатов.

Покрытие неметаллическими веществами —нанесение на по­верхность металла красок, лаков, противокоррозионных паст, защитных смазок, пластмасс.

Создание металлических покрытий — это нанесение металла на поверхность стального изделия горячим и гальваническим спосо­бами. Горячий способ заключается в том, что изделие погру­жают в ванну с расплавленным металлом (цинкование, лужение оловом, свинцевание). На автомобилях оцинковывают кузовные и крепежные детали, покрывают оловом ленту для трубок радиатора, освинцовывают наконечники зажимов проводов электро­оборудования, топливные баки и т. д. Гальванический спо­соб заключается в осаждении на изделие тонкого слоя металла из его соли под действием электрического тока. Например, для автомобилей применяют хромирование декоративных деталей (бам­перы, ободки фар и др.).

Диффузионный способ состоит в насыщении поверхностных слоев стальной детали различными элементами, вступающими в хими­ческое соединение. Примерами могут служить цементация, циа­нирование, алитирование - которые широко применяются для изготовления ответственных деталей автомобиля.

Покрытие пленками оксидов возможно в процессе оксидирова­ния или фосфатирования. Оксидирование (воронение) при­меняется для защиты черных металлов путем создания на поверх­ности оксидной пленки погружением деталей в кипящий водный раствор, содержащий едкий натр, селитру и пероксид марганца (MnO₂). Полученная пленка достаточно стойка в сухом воздухе и менее стойка во влажной атмосфере и особенно в воде.

Создание коррозионно-стойких сплавов осуществляется посред­ством введения в сталь легирующих добавок хрома, никеля, алю­миния, кремния, вольфрама и других элементов, повышающих сопротивление коррозии и улучшающих другие служебные характе­ристики металла для ответственных деталей автомобиля (клапанов, шестерен и валов коробки передач, полуосей, распределительных валов, шаровых пальцев и др.).

Ингибиторы коррозии — это вещества, введение которых в аг­рессивную среду приводит к торможению коррозии. Этим методом можно защищать практически любые металлы и почти в любых средах, включая охлаждающие жидкости, масла для двигателей, жидкое топливо. Добавляются ингибиторы в небольших количе­ствах, например 10. ..50 г/м³ бензина.

Органосиликаты в исходном состоянии напоминают суспензии и наносятся на предохраняющие поверхности кистью, валиком, пульверизатором и т. п. При нагреве они превращаются в керами­ку с повышенными защитными свойствами, становясь термо- и даже жаростойкими. С их помощью удобно обеспечивать наруж­ную защиту деталей системы выхлопа двигателя, так как после нанесения они затвердевают при температуре самих нагретых де­талей. Они быстро затвердевают и при нормальных температурах, легко обрабатываются, что позволяет в случае необходимости оперативно восстанавливать поврежденные покрытия на месте. Для получения органосиликатов используют кремнийорганические полимеры (лаки), пигменты, оксиды, слюду, тальк, асбест.

Вопросы для повторения и закрепления:

1. Что такое коррозия?

2. Какие известны виды и характер коррозии?

3. Какие существуют способы защиты от коррозии?

Задание:

Составить план ответа на вопросы по разделу «Коррозия металлов»

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Общие сведения

Сущность литейного производства заключается в получении отливок, т.е. изделий и заготовок деталей машин, методом заливки выплавленного металла в литейные формы. Формы изготовляются из специальных формовочных смесей, служат для производства лишь одной отливки и при освобождении от нее разрушаются (разовые или временные формы). В современном литейном производстве, кроме земляных форм, применяют также полупостоянные формы из огнеупорных масс и постоянные металлические формы для кокильного, центробеж­ного литья и литья под давлением.

Литье в металличе­ские формы представляет собой наиболее прогрессив­ный метод; оно позволяет повышать как качество, так и точность отливок.

На рис. 21.1. приведены основные элементы литейной формы на примере отливки втулки. Форма состоит из двух половинок — нижней 4 и верхней 3 опок, в которые набивается формовочная земля.

Полость формы, представляющая собой отпечаток будущей отливки, получается с помощью разъемной деревянной модели 2. Внутренняя полость втулки 1 образуется при помощи стержня б, устанавливаемого в форму. Стержни изготовляются из стержневой массы в специальных стержневых ящиках. Места для установки стержней — знаки 7 — оформляются по модели. Жидкий металл, полученный в плавильном агрегате, заполняет полость формы по каналам литниковой системы 5 (литникам) и, затвердев в ней, образует отливку. После выбивки отливки из формы и стержня из отливки литники отрезают (обрубают) от отливки и подвергают её очистки.

Рис. 21.1 Основные элементы литейной формы