п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
п.г.т. Усть-Кинельский, Самарская область, Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Цель исследования – повышение эффективности антикоррозионной обработки наружных эле-ментов кузова автомобиля ингибиторами коррозии. Приведены исследования ингибиторов коррозии для защиты колесных арок и днища автомобиля при периодической конденсации влаги без воздействия электролита, а также в электролите (магний хлористый – 11 г/л, кальций хлористый – 1,2 г/л, натрий сернокислый – 4,0 г/л, натрий хлористый – 25 г/л). В качестве объектов консервации были выбраны стальные пластины из стали марки 09Г2С. Пластины обрабатывались следующими ингибиторами коррозии: пушечное сало ОЙЛРАЙТ, грунт универсальный KUDO, антикоррозионный материал Dinitrol Metallic. Контрольными образцами служили пластины без обработки ингибитором. Перед нанесением ингибиторов коррозии поверхность пластин была обезжирена и высушена, после чего определялась масса каждой пластины на электронных лабораторных весах AND HR-200. Грунт KUDO и материал Dinitrol Metallic наносили из аэрозольных баллончиков согласно технической документации. Пушечное сало ОЙЛРАЙТ наносили путем погружения пластины на 1 мин в ингибитор, разогретый на водяной бане до температуры 100ºС. Результаты показали, что ингибитор Dinitrol Metallic обеспечивает наилучшую защиту при периодической конденсации влаги без воздействия электролита. Исследования в электролите показывают, что наибольшая площадь коррозионных очагов (41,6% от всей площади) у антикоррозионного материала Dinitrol, у грунта KUDO площадь коррозионных очагов составила около 11,9%. Наилучшей эффективностью защиты от воздействия электролита из исследуемых ингибиторов обладает пушечное сало ОЙЛРАЙТ, его степень защиты 90,6%, суммарная площадь коррозионных очагов составила менее 1%. Материал Dinitrol Metallic защищает сталь от воздействия солей только на 28,8%, при этом скорость коррозии снижается лишь в 1,4 раза. Защитный грунт KUDO замедляет коррозию в 2,6 раза и обеспечивает степень защиты 61,9 %.
коррозия, ингибитор, автомобиль, конденсация, электролит
Лакокрасочное покрытие не только придает автомобилю красивый внешний вид, но и предохраняет от коррозии и преждевременного разрушения. Однако постоянное воздействие на кузов автомобиля снега, дождя, соли, грязи в совокупности с механическими воздействиями песка, мелких камней, льдинок и вибрации приводят к старению и постепенному разрушению покрытия.
В осенне-зимний период для борьбы с обледенением автомобильных дорог в России применяют антигололедные средства: хлористый кальций, ингибированный фосфатами (ХКФ);
хлористый кальций натрий модифицированный (ХКНМ) – Айсмелт; Биомаг – хлористый магний модифицированный; нитраты кальция, магния, мочевины (НКММ); соль техническая – NaCl. Антигололедные средства ускоряют процессы электрохимической коррозии, коррозия стали идет в 10-15 раз быстрее, чем в дождевой воде.
Автопроизводители постоянно ведут работы по увеличению срока службы автомобилей. Двигатель и другие агрегаты способны сохранять работоспособность многие годы, в то время как кузов при отсутствии правильной и регулярной противокоррозионной защиты может прийти в негодность значительно быстрее. Регулярная комплексная противокоррозионная обработка ингибиторами коррозии позволяет продлить срок службы кузова транспортного средства [1].
Защита кузова автомобиля от коррозии, как правило, осуществляется либо электрохимическим способом, либо использованием различных ингибиторов коррозии [2, 3]. Электрохимическая защита основана на снижении скорости коррозии путем смещения потенциала до значений, соответствующих крайне низким скоростям растворения. В зависимости от направления смещения потенциала металла электрохимическая защита подразделяется на катодную и анодную [4].
Широкое распространение для антикоррозионной защиты кузова автомобиля получили различные ингибиторы коррозии, такие как пленкообразующие ингибиторные нефтяные составы (ПИНСы), защитные мастики, пластичные консервационные смазки и восковые составы [3, 5]. На рынке представлен широкий ассортимент ингибиторов коррозии отечественных и импортных производителей для защиты элементов кузова автомобиля в разных ценовых категориях, обладающих различной защитной эффективностью.
Цель исследований – повышение эффективности антикоррозионной обработки наружных элементов кузова автомобиля ингибиторами коррозии.
Задачи исследований – оценить степень защиты ингибиторов коррозии, применяемых для антикоррозионной обработки колесных арок и днища автомобиля, при периодической конденсации влаги и в растворе электролита; дать рекомендации по их применению в различных условиях эксплуатации.
Материалы и методы исследований. Лабораторные коррозионные исследования проводились на кафедре «Технический сервис» ФГБОУ ВО Самарского ГАУ и в Самарской испытательной лаборатории ФГБУ ЦНМВЛ.
Подготовка образцов и их исследование проводились согласно ГОСТ Р 9.905-2007 «Консервационные масла, смазки и ингибированные пленкообразующие нефтяные составы. Методы ускоренных испытаний защитной способности».
В качестве объектов консервации применялись пластины размером 50х50х2 мм, изготовленные из стали 09Г2С, так как она малоустойчива к коррозии [6]. Поверхность пластин была обработана на плоско-шлифовальном станке. Измерение шероховатости поверхности пластин проводили на профилографе-профилометре «Абрис-ПМ7М». Среднее арифметическое значение шероховатости поверхности пластин составило Ra=0,325 мкм.
Пластины обрабатывались следующими ингибиторами коррозии: 1) пушечное сало ОЙЛРАЙТ, 2) грунт универсальный KUDO, 3) антикоррозионный материал Dinitrol Metallic. Контрольными образцами служили пластины без обработки ингибитором.
Перед нанесением ингибиторов коррозии на пластины, их поверхность была обезжирена и высушена, после чего определялась масса каждой пластины на электронных лабораторных весах AND HR-200. Грунт KUDO и материал Dinitrol Metallic наносили из аэрозольных баллончиков согласно технической документации. Пушечное сало ОЙЛРАЙТ наносили путем погружения пластины на 1 мин в ингибитор, разогретый на водяной бане до температуры 100ºС.
Образцы после выдержки взвешивали и определяли толщину слоя h нанесенного ингибитора по формуле
где m1 – масса пластины с нанесенным ингибитором коррозии, г; m0 – масса чистой пластины, г;
ρ – плотность антикоррозионного материала, г/см3; F – площадь поверхности пластины, см2.
Размеры пластины определяли штангенциркулем ШЦ-1-250 0,05. Площадь поверхности пластины рассчитывали по формуле
где a – средняя ширина пластины, мм; b – средняя длина пластины, мм; c – средняя толщина пластины, мм.
Коррозионные исследования с периодической конденсацией влаги на образцах проводили на основе ГОСТ Р 9.905-2007 и методик [7]. Для этого в верхней крышке лабораторного эксикатора была смонтирована струна для подвешивания образцов. В чашу эксикатора наливали дистиллированную воду до уровня выступа в нижней части чаши. Затем на выступ устанавливали фарфоровую вставку с отверстиями. Пластины с нанесенными ингибиторами коррозии подвешивались в эксикаторе. После этого крышка эксикатора закрывалась.
Конденсацию влаги на исследуемых образцах проводили циклами. Сначала образцы подвергались воздействию воздушной среды с температурой 40°С и относительной влажностью 95...100% в течение 7 ч. Для этого эксикатор с исследуемыми образцами помещался в термостат суховоздушный охлаждающий ТСО-500 с установленной температурой в камере 40°С. В камере термостата автоматически поддерживалась температура 40±2°С. Затем создавали условия для конденсации влаги на образцах путем их охлаждения за счет выключения нагрева камеры термостата. Продолжительность второго цикла составляла 17 ч. Продолжительность исследований с периодической конденсацией влаги составила 45 суток.
Для коррозионных исследований при погружении в электролит был приготовлен электролит путем растворения солей (магний хлористый – 11 г/л, кальций хлористый – 1,2 г/л, натрий сернокислый – 4,0 г/л, натрий хлористый – 25 г/л) в дистиллированной воде. Водородный показатель рН электролита был доведен до 8,1 ед. 25% раствором углекислого натрия в дистиллированной воде. Контроль рН осуществлялся анализатором жидкости «Эксперт».
Приготовленный электролит был разлит в емкости объемом 0,5 л. Образцы погружали в раствор электролита (каждый образец в отдельную емкость). Емкости с образцами выдерживались при комнатной температуре в течение 60 суток.
После испытаний покрытия и продукты коррозии с образцов удаляли химическим способом согласно ГОСТ Р 9.907-2007 «Металлы, сплавы, покрытия металлические. Методы удаление коррозии после коррозионных испытаний». Сначала удаляли растворителем с поверхности пластин нанесенный ингибитор коррозии, после чего продукты коррозии убирали протравливанием пластин в 10% растворе соляной кислоты с 10 г/л ингибитора ПКУ-Э. Для лучшего удаления продуктов коррозии стакан с травильным раствором и погруженным в него образцом помещали в ультразвуковую ванну Elmasonic S30. Очищенные от коррозии пластины промывали дистиллированной водой и сушили в сушильном шкафу ШС-80. Остывшие до комнатной температуры пластины взвешивали на электронных лабораторных весах AND HR-200.
Оценку ингибиторов коррозии проводили по скорости коррозии и степени защиты по
ГОСТ 9.908-85 «Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости».
Скорость коррозии К определяли по потерям массы металла:
где m2 – масса пластины после удаления продуктов коррозии, г; m0 – масса чистой пластины, г;
τ – длительность испытаний, сутки; F – площадь поверхности пластинки, м2.
Степень защиты ингибитором Z определяли по формуле:
где К0 – скорость коррозии пластины без покрытия, г/м2·сутки.
Для оценки защитных свойств ингибиторов коррозии была определена площадь поверхности пластины, подверженная коррозии. Пластины после испытаний фотографировали, и фотографии обрабатывали в графическом редакторе Сorel Draw. Все фотографии с образцами обрезали до одинакового размера 50х50 мм. Затем фотография подвергалась переводу из растрового формата изображения в векторное. Площадь коррозии определялась при помощи макроса SanM Curve Info2 для графического редактора Сorel Draw. Для этого на векторном изображении последовательно выделялись коррозионные участки, и суммировалась их площадь с каждой стороны пластины.
Результаты исследований. Коррозионные исследования с периодической конденсацией влаги показали, что на поверхности пластины, покрытой антикоррозионым материалом Dinitrol Metallic, очагов и пятен коррозии не обнаружено (рис. 1).
На контрольном образце стальной пластины без обработки ингибитором коррозии заметны явные пятна коррозии, при этом коррозии подвернута значительная часть поверхности пластины.
|
|
|
а) б) в) г) |
|
|
Рис. 1. Фотографии образцов после исследований с периодической конденсацией влаги:
а – антикоррозионный материал Dinitrol Metallic; б – без обработки; в – пушечное сало ОЙЛРАЙТ;
г – защитный грунт KUDO
На образце, обработанном пушечным салом ОЙЛРАЙТ, очагов и пятен коррозии не наблюдалось, но на поверхности образца происходила конденсация влаги в виде мелких капель. Поверхность образца с защитным грунтом KUDO была подвержена коррозии, на ней появились очаги незначительной глубины, но с течением времени коррозия увеличивалась.
Исследования с периодической конденсацией влаги показали, что лучшую защиту обеспечивает антикоррозионный материал Dinitrol Metallic. Данный ингибитор коррозии эффективен для защиты колесных арок и днища автомобиля, например, в тех районах, где дорожное покрытие не подвергается обработке антигололедными средствами.
На рисунке 2 представлены фотографии поверхностей образцов после коррозионных исследований при погружении в электролит.
Результаты коррозионных исследований при погружении образцов в электролит показывают, что площадь коррозионных очагов на поверхности пластины без покрытия ингибитором коррозии составила 88% от всей его поверхности (табл. 1).
Наибольшая площадь коррозионных очагов у исследуемых образов была у тиксотропного антикоррозионного материала Dinitrol Metallic: она составила 2025 мм2, что соответствует 41,6% от общей площади пластины. Данный материал плохо защищает сталь 09Г2С от воздействия солей (магний хлористый, кальций хлористый, натрий сернокислый, натрий хлористый).
|
|
|
|
а) |
б) |
|
|
|
|
в) |
г) |
Рис. 2. Фотографии образцов после погружения в раствор электролита:
а – без обработки; б – защитный грунт KUDO; в – антикоррозионного материала Dinitrol Metallic;
г – пушечное сало ОЙЛРАЙТ
Таблица 1
Результаты определения площади коррозионных очагов
|
Наименование образца |
Площадь коррозионных очагов на стороне 1, мм2 |
Площадь коррозионных очагов на стороне 2, мм2 |
Суммарная площадь коррозионных очагов, мм2 |
Суммарная площадь коррозионных очагов, % |
|
Без обработки |
2086 |
2192 |
4278 |
88 |
|
Пушечное сало ОЙЛРАЙТ |
11 |
29 |
40 |
0,8 |
|
Защитный грунт KUDO |
307 |
274 |
581 |
11,9 |
|
Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic |
1527 |
498 |
2025 |
41,6 |
Самым стойким к раствору электролита коррозионным ингибитором по результатам исследований оказалось пушечное сало ОЙЛРАЙТ. Загущенное нефтяное масло с ингибиторами коррозии в его составе эффективно защищает поверхность стали от воздействия солей. Суммарная площадь коррозионных очагов на пластине составила менее 1%. Грунт универсальный KUDO обладает высокой адгезией, атмосферостойкостью и хорошей укрывистостью, что подтверждается тем, что площадь коррозионных очагов на пластине составила около 11,9% от общей площади.
Изменение массы пластин после удаления продуктов коррозии представлено в таблице 2.
Таблица 2
Изменение массы пластин
|
Наименование образца |
Масса пластины, г |
Масса пластины после испытаний, г |
Изменение массы, г |
|
Пушечное сало ОЙЛРАЙТ |
45,4878 |
45,469 |
0,0193 |
|
Защитный грунт KUDO |
46,1907 |
46,113 |
0,0778 |
|
Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic |
45,5877 |
45,442 |
0,1457 |
|
Без обработки |
45,5217 |
45,317 |
0,2043 |
Была рассчитана скорость коррозии пластин с насеными исследуемыми ингибиторами коррозии. Значения скорости коррозии для исследуемых ингибиторов представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Скорость коррозии пластин при обработке исследуемыми ингибиторами коррозии
Наименьшая скорость коррозии (0,06 г/м2·сутки) получена для пластины, обработанной пушечным салом ОЙЛРАЙТ, скорость коррозии замедляется почти в 11 раз по сравнению с пластиной, необработанной ингибитором. Менее стойкой к раствору электролита оказалась пластина, обработанная материалом Dinitrol Metallic. Покрытие снизило скорость лишь в 1,4 раза. Защитный грунт KUDO замедлил скорость коррозии до 0,244 г/м2·сутки или в 2,6 раза. Эффективность ингибиторов оценивалась степенью защиты покрытия. Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic защищает сталь от воздействия солей только на 28,8%, грунт KUDO обеспечивает степень защиты на 61,9 %. Наивысшей степенью защиты от воздействия магния хлористого, кальция хлористого, натрия сернокислого, натрия хлористого обладает пушечное сало ОЙЛРАЙТ, его степень защиты составила 90,6%.
Заключение. Из исследуемых ингибиторов коррозии наилучшую защиту колесных арок и днища автомобиля при периодической конденсации влаги без воздействия электролита обеспечит материал Dinitrol Metallic. Результаты коррозионных исследований в электролите показывают, что наибольшая площадь коррозионных очагов (41,6% от всей площади) отмечена на пластинах, обработанных антикоррозионным материалом Dinitrol. На пластинах, обработанных грунтом KUDO, площадь коррозионных очагов составила около 11,9%. Самую лучшую защиту колесных арок и днища автомобиля к раствору электролита, по результатам исследований, обеспечит пушечное сало ОЙЛРАЙТ. Поэтому, в тех районах, где дорожное покрытие подвергается обработке антигололедными средствами, данный ингибитор коррозии будет наиболее эффективен.
1. Шангин, Ю. А. Восстановление лакокрасочного покрытия легкового автомобиля. Советы автолюбите-лям / Ю. А. Шангин. – 4-е изд., стер. – М. : Транспорт, 1990. – 205 с.
2. Гайдар, С. М. Совершенствование противокоррозионной защиты машин и оборудования АПК / С. М. Гайдар, Е. А. Петровская // Доклады ТСХА : сб. ст. – М. : Изд-во РГАУ-МСХА, 2018. – Вып. 290, Ч. II. – С. 225-227.
3. Шлыков, А. Е. Сравнительный анализ ингибиторов коррозии / А. Е. Шлыков, Е. М. Тарукин, А. А. Кала-шов // Аграрный научный журнал. – 2018. – №8. – С. 68-71.
4. Шемякин, А. В. Применение метода катодной протекторной защиты для снижения потерь металла при хранении сельскохозяйственной техники / А. В. Шемякин, В. В. Терентьев, Н. М. Морозова [и др.] // Вестник Рязанского ГАУ им. П. А. Костычева. – 2016. – №4 (32). – С. 93-97.
5. Куюков, В. В. Сохранение антикоррозионных покрытий элементов кузова в эксплуатационных условиях / В. В. Куюков, С. А. Хуажев, В. В. Катков // KANT. – 2011. – №3. – С. 98-100.
6. Барановa, А. Н. Исследование коррозионной стойкости сталей, применяемых для изготовления драж-ного оборудования для добычи золота / А. Н. Барановa, Е. А Гусева, Е. М. Комова // Системы. Методы. Тех-нологии. – 2011. – №1(21). – С.102-106.
7. Фокин, М. Н. Методы коррозионных испытаний металлов / М. Н. Фокин, К. А. Жигалова. – М. : «Металлур-гия», 1986. – 80 с.
