Коррозионностойкие и жаростойкие материалы

Общие сведения о коррозии.

В наши дни защита металлов от коррозии является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем мирового народного хозяйства.

Цель курса «Защита сельскохозяйственной техники от коррозии» – более подробное изучение студентами вопросов, связанных как с теорией коррозионных процессов, наиболее характерных для сельскохозяйственного производства, так и с практикой рационального выбора и применения существующих методов и средств противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники.

Коррозией (от лат. corrodere – разъедать, разрушать) называют разрушение материалов под влиянием окружающей среды в результате ее химического или электрохимического воздействия.

Согласно международному стандарту ISO 8044 под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.

Обычно рассматривают коррозию металлических материалов. Однако это явление характерно не только для металлов и сплавов, аналогичные процессы могут происходить и в неметаллических материалах – пластмассах, керамике.

Коррозия влияет на все аспекты жизни, покушается на наш доход и влияет на нашу безопасность. Изделия и материалы, с которыми человек повседневно имеет дело – автомобили, дороги, мосты, жилые здания, водопроводы подвергаются постоянным коррозионным атакам, и этот процесс нельзя оставить неконтролируемым.

Сегодня в мире существует лишь 30 % металлофонда, произведенного за всю историю человечества. Остальные миллиарды тонн исчезли, в основном, по причине коррозии. Экономисты в разных странах постоянно делают попытки оценить ущерб от коррозии для народного хозяйства.

Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и косвенным.

Прямой ущерб включает в себя стоимость замены подвергшихся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств.

Косвенный ущерб от коррозии связан с простоем оборудования в результате аварий, ухудшением качества продукции, например, в результате ее загрязнения, увеличением расхода топлива, материалов, энергии. Так, при выходе из строя химической аппаратуры не выпускается продукция, отказ в работе двигателей приводит к простою ценного оборудования, нарушение герметичности газо- и нефтепроводов делает возможным утечку ценного сырья. Если в результате коррозии водопроводной системы прекращается подача воды на завод, то ремонт водопровода будет стоить во много раз меньше, чем расходы, связанные с остановкой завода на несколько часов. В зависимости от страны и климатических условий суммарный ущерб, наносимый коррозией, достигает уровня 3…10 % валового продукта (в России 2,1 %). Так, убыток, наносимый коррозией народному хозяйству США, оценивается в 300 млрд. долларов в год или 1200 долл. в год на душу населения.

Проникновение в окружающую среду газа, нефти и других продуктов в результате коррозии приводит не только к материальным потерям, но и к угрозе жизнеобеспечения человека и природы. Если ущерб замены и ремонта оборудования можно хотя бы рассчитать, то ущерб окружающей среде не поддается расчету.

Защита сельскохозяйственной техники от коррозии способствует безаварийности и долговечности ее работы.

Убытки, причиняемые коррозией парку машин, занятых в сельском хозяйстве, исчисляются многими миллионами рублей. Они включают в себя как прямые, так и косвенные расходы. К прямым относятся расходы на материалы для ремонта, к косвенным – потери от вынужденных простоев машин и снижение их эксплуатационных возможностей до их полного выхода из строя (например, на 25 % снижается мощность поршневых двигателей, у которых поражены коррозией зеркала цилиндров, расход масла увеличивается на 50...80 %, а сроки службы двигателей сокращаются вдвое).

Особенностью сельскохозяйственной техники является сезонность ее использования. В период длительного хранения (без консервации) под действием влаги, солнечных лучей, ветра, колебаний температуры и других факторов происходят разрушения и деформация ряда деталей и покрытий, возникают неисправности, которые иногда трудно обнаружить даже после разборки во время ремонта. Коррозия подшипников качения, прецизионных деталей топливной аппаратуры и гидросистемы, шлифовальных поверхностей валов, цилиндров и других деталей обнаруживается только во время работы, вызывая длительные простои машин.

Многие исследователи считают, что 50 % простоев сельскохозяйственной техники в период сезонных работ (посева, уборки урожая) связано с коррозией деталей в период межсезонного хранения на открытых площадках. Особенно сильно разрушаются тонколистовая сталь, удельная масса которой в конструкциях сельскохозяйственных машин очень велика, а также рабочие органы машин, резьбовые соединения, сварные швы, внутренние поверхности емкостей из-под ядохимикатов и удобрений. Так, усталостная прочность тонколистовых сталей марок Ст3 и 08 при коррозионных поражениях за один год может снижаться на 35...40 %, а износостойкость сопрягаемых деталей из сталей 45 и 20, чугуна СЧ18 и стали 20 при коррозии может снизиться в 1,5...4 раза.

На развитие коррозии оказывают влияние условия, в которых работают сельскохозяйственные машины. Наиболее агрессивно влияют черноземы и болотистые почвы, сточные воды, особенно с высоким содержанием навоза, соки трав и зерновых культур и т. д. В наиболее опасных условиях находятся машины для внесения удобрений, гербицидов и ядохимикатов. Частички этих веществ, растворенные в атмосферной влаге, образуют электролиты (кислоты и соли), вызывающие сильную коррозию. Поэтому так быстро выходят из строя туковысевающие аппараты, тукопроводы, емкости и аппаратура для внесения аммиачных удобрений и другие детали. Срок службы этих машин нередко в 3...4 раза меньше срока службы тракторов. Создание механизированных животноводческих ферм и комплексов расширило сферу применения различных видов металлических конструкций, стационарного и мобильного оборудования, электротехнических и других изделий, находящихся в жестких в коррозионном отношении условиях. Этому способствует насыщенность окружающего воздуха аммиаком, углекислым газом, сероводородом и высокая влажность в помещениях. На комбайны, плуги, сеялки, культиваторы также постоянно действуют атмосферные разрушающие факторы, так как эти машины эксплуатируются и хранятся в большинстве хозяйств под открытым небом.

В условиях эксплуатации, хранения и ремонта машин большое значение в сохранении сельскохозяйственной техники имеют правильный выбор и применение противокоррозионных средств, и прежде всего разного рода защитных покрытий, которые должны не только надежно защищать от коррозии металлические рабочие поверхности, но и не требовать больших затрат при нанесении и обеспечивать минимальные трудозатраты при расконсервации. В последние годы предложен целый ряд эффективных противокоррозионных средств, к которым относятся новые атмосферостойкие грунты и эмали (МС-0141, 11Ф-042, ПФ-И26, ПФ-1127, КО-198, ВН-30 и др.), тонкопленочные ингибированные покрытия (ЛСП, ВАП-2, НГ-216 и др.), модификаторы ржавчины (МС-0152 и др.), восковые составы (автоконсервант, ПЭВ-74 и др.), рабочеконсервационные масла и т. д.

Одним из наиболее перспективных методов консервации сельскохозяйственной техники является применение летучих ингибиторов, которые позволяют снизить затраты на противокоррозионную защиту в 5...10 раз по сравнению с применявшимися ранее материалами при одновременном повышении длительности и эффективности защиты.

Большое внимание следует уделять подготовке поверхности перед нанесением защитных покрытий. Определено, что в 60...70 % случаев преждевременного выхода из строя покрытий причиной является плохая очистка металлической поверхности.

В последнее время для снижения затрат на защиту от коррозии и подготовку поверхности под лакокрасочные покрытия широко применяют различные виды модификаторов ржавчины. Используя некоторые из них, можно миновать стадию механической подготовки поверхности. Применение модификаторов ведет к значительному сокращению трудоемкости подготовки поверхности, улучшению качества ее обработки, адгезии ЛКП (лакокрасочного покрытия) к металлу, а главное – замедляет процесс коррозии.

От всех видов коррозии техника может быть защищена применением специальных материалов. Существуют два способа защиты техники от коррозии с применением материалов специального назначения, воздействующих на окружающую среду и на металл. Как правило, в сельскохозяйственном машиностроении не используют материалы специального назначения из-за их высокой стоимости. Поэтому на среду воздействуют следующим образом: герметизируют полости машин и тракторов (полностью или частично); осушают воздух (с применением селикагеля, активированного угля); создают искусственные среды (легколетучими нейтрализующими добавками, легколетучими ингибиторами, фунгицидами, деаэрацией водных и влажных сред, например в системе водяного охлаждения двигателей внутреннего сгорания). Воздействие на металл заключается в механической обработке металлоконструкций, очистке их с последующим нанесением защитных смазок, составов и покрытий.