Анализ причин основных видов коррозии

Детали механизмов и систем ПА находятся в контакте с внешней средой, отработавшими газами двигателей, огнетушащими веществами, эксплуатационными материалами. Под влиянием внешней среды может происходить необратимое изменение состояния металлических поверхностей и даже их разрушение. Разрушение металлов под влиянием воздействия на них сред, с которыми они находятся в контакте, называют коррозией. В зависимости от среды, вызывающей коррозию, она может быть жидкостной, газовой, атмосферной.

Детали механизмов и систем под влиянием внешней среды подвергаются коррозии как при эксплуатации машин, так и в условиях, когда они не эксплуатируются или находятся в складах на хранении. При этом, если не производится специальная подготовка машин к хранению, то последствия коррозии становятся основной причиной потери ими работоспособности. Поэтому становится важными две задачи. Во-первых, четко соблюдать выполнение требований по режимам эксплуатации механизмов и систем. Во-вторых, специально подготавливать машины и ПО к длительному или кратковременному хранению (консервации).

Наиболее опасными являются химическая и электрохимическая коррозия.

Химическая коррозия имеет место в случае химического взаимодействия металла, например, с кислородом воздуха или коррозионно-активных веществ, содержащихся в жидкостях, не проводящих электрический ток. Примером может служить коррозия деталей топливоподающей аппаратуры дизелей (рис. 17.1).

Рис. 17.1. Коррозия рабочих поверхностей деталей
топливоподающей аппаратуры дизеля:

а – рейка топливного насоса: 1 – рейка; 2 – коррозия;
б – детали регулятора: 1 – тарелка; 2 – шар; 3 – коррозия

Ее вызывают меркаптаны (R-Н-S), содержащиеся в топливе. Они очень агрессивны даже в присутствии следов влаги. Вот поэтому необходимо предотвращать ее попадание в топливо как при его хранении, так и при заправке им баллонов машины.

Химической коррозии подвергаются гильзы цилиндров дизелей, их поршневые кольца. Ее вызывают конденсирующиеся отработавшие газы.

В дизельном топливе содержится до 0,2 % различного состава серосодержащих веществ. При сгорании топлива, в зависимости от режима работы двигателя, образуются окислы серы SО₂ или SО₃, содержащиеся в отработавших газах. В присутствии влаги окислы преобразуются в кислоты Н₂SО₃ или Н₂SО₄. Они химически взаимодействуют с металлом гильз, подвергая их коррозии. Если при постановке на хранение (консервацию) не принять специальных мер, то после некоторого периода поражение коррозией при последующей эксплуатации ПМ приведет к увеличению износов гильз цилиндров в 1,5-2 раза, а шеек коленчатого вала – на 15-20 %.

Электрохимическая коррозия возникает в случае, если химическая коррозия сопровождается протеканием на поверхности металла и среды электрического тока. Электрохимическая коррозия имеет место, если среда, взаимодействующая с металлом, является электролитом. Его роль может выполнять влага, адсорбирующаяся на металлических поверхностях. В ее составе могут присутствовать окислы, например, SО₂, СО₂, морские соли вблизи берегов морей.

Источником электрического тока является разность электродных потенциалов различных частиц металла. Пусть, например, на фрагменте металлической детали находятся Zn, Сu и Fе (рис. 17.2). Их электронные анодные ε_a и катодные ε_к потенциалы соответственно равны –0,76; +0,34 и –0,43 В. Под каплей влаги, являющейся электролитом, образуются три микрогальванические элемента.

Частицы с более отрицательным электродным потенциалом будут разрушаться.

На незащищенной от влияния внешней среды металлической поверхности образуется бесчисленное множество таких микроэлементов. Часто такой вид коррозии реализуется в атмосфере воздуха, поэтому такая коррозия называется атмосферной.

В реальных условиях металлы неоднородны. На поверхности металлических изделий находятся кристаллические зерна различной ориентации, состав металла которых может быть различным вследствие микроликвации, сам сплав может иметь неоднородное строение. Из-за этой неизбежной неоднородности разные участки поверхности деталей характеризуются различными потенциалами. Участки с более отрицательным электродным потенциалом играют роль анодов. Они и будут разрушаться. Механические напряжения также увеличивают отрицательные потенциалы, они усиливают электрохимическую коррозию.

Неоднородность металла деталей, разные напряжения в различных их частях, неодинаковая интенсивность коррозионных процессов являются причиной образования различных форм коррозионных поражений (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Формы коррозионных разрушений:

1 – сплошная равномерная; 2 – сплошная неравномерная; 3 – пятнами; 4 – язвами;
5 – точечная; 6 – межкристаллитная

В результате коррозии на металлических поверхностях образуются пленки из окислов. Пленки на стали рыхлые, непрочные, легко разрушаются. Этот процесс непрерывный и является причиной разрушения металлов. В течение года в нашей стране выходит из строя около 20 млн. т металлических конструкций.

Слой окисла на деталях из цветных металлов прочные, плотные, они защищают металл от коррозионного разрушения. Такие изделия не требуют защиты от коррозии.

Интенсивность коррозии во многом определяется свойствами среды, воздействующей на металлы.

Характеристика коррозионных сред. Огнетушащие вещества (вода, пенообразователи) омывают поверхности элементов водопенных коммуникаций. В воде растворены различные газы, соли, поэтому она является слабым электролитом. Внутренняя поверхность цистерны выше уровня воды смачивается ее парами, и они конденсируются на ней. Коррозия может происходить и на поверхностях цистерн, заполненных жидкостью. Для ее предотвращения применяются лакокрасочные материалы, анодная защита.

Коррозионно-активными являются пенообразователи. Поэтому баки для них делают из нержавеющей стали. При эксплуатации после использования пенообразователей необходимо промывать систему пеноподачи.

Капли пенообразователя, попадающие в насосное отделение, вызывают сильную коррозию резьбовых соединений. Это затрудняет демонтаж насоса.

Эксплуатационные материалы. Смазочные материалы, амортизационные жидкости смазки коррозию не вызывают.

Серосодержащие вещества в топливе могут вызывать коррозию топливоподающей аппаратуры, а продукты сгорания – коррозию гильз цилиндров. Для ее предотвращения необходимо предпринимать специальные меры.

Атмосфера. Газовый состав воздуха у поверхности земли сравнительно постоянен. Переменным является содержание влаги, промышленных газов, пыли, отработавших газов автомобилей и т.д.

Степень сухости атмосферы измеряется относительной влажностью φ, %. Она равна отношению абсолютного (действительного) содержания влаги а, г/м³, к максимально возможному (при полном насыщении) ее содержанию А, г/м³, при данной температуре

%. (17.8)

Удельное содержание влаги А в г/м³ при полном насыщении ею воздуха зависит от температуры (рис.17.4).

Рис.17.4. Удельное содержание влаги в воздухе

Так, при +25⁰С ее удельное содержание А = 22 г/м³. Однако в воздухе может находиться значительно меньшее ее количество, например, а = 11 г/м³. Тогда, относительная влажность воздуха будет равна

.

Удельное содержание влаги при полном насыщении ею воздуха сильно изменяется при снижении температуры. Так, если при +20⁰С величина А = 17,12 г/м³ , то при +10⁰С ее значение будет А = 9,38 г/м³. Разность между этими значениями (7,74 г/м³) выпадает в виде росы. Таким образом, в помещении объемом 100 м³ и снижении температуры воздуха от +20 до +10⁰С в виде росы выпадает 774 г влаги. Эта влага тонким слоем покроет всю поверхность помещения и оборудования (например, машин), находящихся в нем. Эта влага (роса) и является источником коррозии металлов.

Чистая влага практически не вызывает коррозию (прямая 1 на рис. 17.5). В присутствии SО₂ (кривая 2) коррозия сильно увеличивается. Однако при R < 60 % она практически прекращается. Это обусловлено тем, что при любых возможных колебаниях температуры воздуха не выпадает роса.

Рис. 17.5. Влияние загрязнений атмосферы на коррозию стали:

1 – чистая влага; 2 – влага и 0,05 % SО₂; 3 – то же, образцы покрыты пылью из SiО₂.

Большое влияние на коррозию оказывает пыль (кривая 3), так как вследствие щелевого (капиллярного) эффекта под пыльниками конденсируется влага.