Как можно повысить коррозионную стойкость материала детали
Перейти к содержимому

Как можно повысить коррозионную стойкость материала детали

  • автор:

Повышение коррозионной стойкости деталей машиностроения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ПОКРЫТИЯ / COATINGS / КОРРОЗИЯ / CORROSION / КОМПОЗИЦИОННЫЕ КАТОДЫ / COMPOSITE CATHODES / ПЛАЗМА / PLASMA / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / WEAR RESISTANCE / КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ / CORROSION RESISTANCE / ЖАРОСТОЙКОСТЬ / HEAT RESISTANCE / НАДЕЖНОСТЬ / RELIABILITY / ДОЛГОВЕЧНОСТЬ / DURABILITY / ГОРНОШАХТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ / MINING EQUIPMENT

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Платонова Е.С.

В настоящее время в условиях ограниченности материальных средств в промышленном комплексе особое значение приобретают технологии, увеличивающие долговечность (ресурс) деталей и узлов машин. 90 % деталей и машин выходит из строя из-за поверхностного износа. Особенно это актуально для горнодобывающего и нефтегазопромыслового оборудования, оборудования энергетического комплекса, где большинство механизмов работают в экстремальных условиях и, в частности, в условиях высокого абразивного износа и высоких температур. Наиболее актуальными и перспективными для получения наноструктурированных упрочняющих, износостойких , коррозионнои жаростойких покрытий являются вакуумные ионно-плазменные методы: магнетронного распыления, ионного и вакуумно-дугового осаждения. Это связано с тем, что кроме термического фактора появляются и другие: высокие степень ионизации, плотность потока и энергия частиц. Качество покрытия можно регулировать путем изменения температуры подложки, давления рабочего газа, потенциала подложки и других технологических параметров. В Казахстане не выпускают специальных сталей для изготовления большинства деталей механизмов и машин тепловых электростанций, горнодобывающих, машиностроительных и металлургических предприятий, предприятий химической промышленности и сельского хозяйства. Предлагаемые инновационные технологии ионно-пучковой обработки придают изделиям из простых марок сталей, которые производятся в Казахстане, эксплуатационные характеристики, не уступающие изделиям из спецсталей. Из экспериментальных данных следует, что покрытия Fe-Al и Fe-Al-Ti могут быть использованы как коррозионностойкие, жаропрочные, антифрикционные покрытия на низкосортные сорта стали, увеличивая срок службы деталей из этих сталей в 3-4 раза. Поскольку покрытия имеют толщину 4-6 мкм, то экономический эффект использования таких покрытий на деталях из низкосортных марок стали очевиден.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Платонова Е.С.

Стеклоэмалевые покрытия для защиты коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии: свойства и области применения (обзор)

Износостойкие покрытия для защиты деталей трения современных ГТД

Перспективы использования газового оксикарбонитрирования при восстановлении деталей судовых технических средств

Антикоррозионные свойства рабочей поверхности азотированных цилиндров СШН
ОСАЖДЕНИЕ УПРОЧНЯЮЩИХ MoN-ПОКРЫТИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО АЗОТИРОВАНИЯ ОСНОВЫ
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improved corrosion resistance machine parts

Currently, with limited material resources in the industrial complex are particularly important technologies that increase the durability (life) of parts and units of machines. 90% of parts and machines out of order due to surface wear. This is especially true for the mining and oil field equipment, equipment and energy complex, where the majority of mechanisms operate in extreme conditions, and in particular, in a high abrasion and high temperatures. The most relevant and promising to produce nanostructured hardening, wear-resistant, corrosion-resistant and heat-resistant coatings are vacuum ion-plasma methods: magnetron sputtering, ion and vacuum arc deposition. This is due to the fact that in addition there are thermal factors and other the high degree of ionization, the flux density and particle energy. The quality of the coating can be adjusted by changing the substrate temperature, pressure of the working gas, the potential of the substrate and other process parameters. Kazakhstan does not produce special steels for the manufacture of most mechanical parts and machines for thermal power stations, mining, engineering and metallurgical enterprises, chemical industry and agriculture. Offers innovative technology of ion-beam treatment gives the product of simple steels, which are produced in Kazakhstan, the performance that rivals products from special steels.The experimental data shows that the coatings and the Fe-Al, Fe-Al-Ti can be used as corrosion-resistant, anti-friction coatings on low-grade steels, by increasing the service life of these parts in steel 3-4 times. Since the coating has a thickness 4-6 mm, the economic effect of the use of such coatings on the details of the low-grade steels obvious.

Текст научной работы на тему «Повышение коррозионной стойкости деталей машиностроения»

2015 Машиностроение, материаловедение Т. 17, № 3

DOI: 10.15593/2224-9877/2015.3.05 УДК 5433; 5434

Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан

ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В настоящее время в условиях ограниченности материальных средств в промышленном комплексе особое значение приобретают технологии, увеличивающие долговечность (ресурс) деталей и узлов машин. 90 % деталей и машин выходит из строя из-за поверхностного износа. Особенно это актуально для горнодобывающего и нефтегазопромыслового оборудования, оборудования энергетического комплекса, где большинство механизмов работают в экстремальных условиях и, в частности, в условиях высокого абразивного износа и высоких температур.

Наиболее актуальными и перспективными для получения наноструктурированных упрочняющих, износостойких, коррозионно- и жаростойких покрытий являются вакуумные ионно-плазменные методы: магнетронного распыления, ионного и вакуумно-дугового осаждения. Это связано с тем, что кроме термического фактора появляются и другие: высокие степень ионизации, плотность потока и энергия частиц. Качество покрытия можно регулировать путем изменения температуры подложки, давления рабочего газа, потенциала подложки и других технологических параметров.

В Казахстане не выпускают специальных сталей для изготовления большинства деталей механизмов и машин тепловых электростанций, горнодобывающих, машиностроительных и металлургических предприятий, предприятий химической промышленности и сельского хозяйства. Предлагаемые инновационные технологии ионно-пучковой обработки придают изделиям из простых марок сталей, которые производятся в Казахстане, эксплуатационные характеристики, не уступающие изделиям из спецсталей. Из экспериментальных данных следует, что покрытия Fe-Al и Fe-Al-Ti могут быть использованы как коррозионностойкие, жаропрочные, антифрикционные покрытия на низкосортные сорта стали, увеличивая срок службы деталей из этих сталей в 3-4 раза. Поскольку покрытия имеют толщину 4-6 мкм, то экономический эффект использования таких покрытий на деталях из низкосортных марок стали очевиден.

Ключевые слова: покрытия, коррозия, композиционные катоды, плазма, износостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость, надежность, долговечность, горношахтное оборудование.

Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan IMPROVED CORROSION RESISTANCE MACHINE PARTS

Currently, with limited material resources in the industrial complex are particularly important technologies that increase the durability (life) of parts and units of machines. 90% of parts and machines out of order due to surface wear. This is especially true for the mining and oil field equipment, equipment and energy complex, where the majority of mechanisms operate in extreme conditions, and in particular, in a high abrasion and high temperatures.

The most relevant and promising to produce nanostructured hardening, wear-resistant, corrosion-resistant and heat-resistant coatings are vacuum ion-plasma methods: magnetron sputtering, ion and vacuum arc deposition. This is due to the fact that in addition there are thermal factors and other — the high degree of ionization, the flux density and particle energy. The quality of the coating can be adjusted by changing the substrate temperature, pressure of the working gas, the potential of the substrate and other process parameters.

Kazakhstan does not produce special steels for the manufacture of most mechanical parts and machines for thermal power stations, mining, engineering and metallurgical enterprises, chemical industry and agriculture. Offers innovative technology of ion-beam treatment gives the product of simple steels, which are produced in Kazakhstan, the performance that rivals products from special steels.The experimental data shows that the coatings and the Fe-Al, Fe-Al-Ti can be used as corrosion-resistant, anti-friction coatings on low-grade steels, by increasing the service life of these parts in steel 3-4 times. Since the coating has a thickness 4-6 mm, the economic effect of the use of such coatings on the details of the low-grade steels obvious.

Keywords: coatings, corrosion, composite cathodes, plasma, wear resistance, corrosion resistance, heat resistance, reliability, durability, mining equipment.

В XXI в. высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и износа [1-5]. Защита от коррозии является на протяжении многих лет одной из актуальных проблем, имеющих большое значение для промышленности и народного хозяйства.

Для сокращения расходов металла, повышения надежности и долговечности деталей машин и оборудования имеются только два пути:

1) применение специальных сталей и сплавов;

2) нанесение покрытий на изделия при их изготовлении или ремонте.

Поскольку производство специальных сталей и сплавов связано с расходом особо дефицитных и дорогостоящих материалов и компонентов, то во всех промышленно развитых странах не увеличивают выпуск специальных сталей и сплавов, а используют самые совершенные технологии для нанесения покрытий и упрочнения деталей.

Покрытия Al-Fe и Al-Fe-Ti

На рис. 1 и 2 показаны электронно-микроскопические (ЭМ) изображения покрытий Al-Fe-Ti в среде аргона и азота. В первом случае средний размер зерна титана, окруженного аморфной оболочкой, со-

ставляет 100-150 нм. Такие покрытия называют субмикрокристаллическими [6]. Во втором случае идет образование в основном нитридов титана и железа. Размер зерна составляет около 50 нм. Такие покрытия называют нанокристаллическими [6].

Азотирование покрытия Al-Fe приводит к изменению его структуры за счет образования нитридных фаз (рис. 3).

Рис. 1. ЭМ-изображение покрытия Al-Fe-Ti в среде аргона

Рис. 2. ЭМ-изображение покрытия Al-Fe-Ti в среде аргона

Рис. 3. Снимки покрытия Al-Fe до (а) и после (б) азотирования

Изменяются и трибологические свойства покрытий. Микротвердость покрытия Al-Fe до азотирования равна 245,6 МПа, а после азотирования — 350,9 МПа, т.е. увеличивается почти в 1,5 раза. Несмотря на образование твердых нитридных фаз, коэффициенты трения после азотирования уменьшаются (табл. 1).

Коэффициенты трения покрытия Al-Fe до и после азотирования

Покрытие Коэффициент трения покрытия

Медная пластина Алюминиевая пластина

Al-Fe до азотирования 0,282 0,327

Al-Fe после азотирования 0,194 0,206

Легирование покрытия Al-Fe титаном приводит к увеличению коэффициентов трения (табл. 2). Однако и в этом случае образование нитридных фаз сопровождается, хоть и незначительным, но уменьшением коэффициентов трения.

Коэффициенты трения покрытий Al-Fe—Ti

Покрытие Коэффициент трения

Алюминиевая пластина Медная пластина

Al-Fe-Ti в среде аргона 0,344 0,255

Al-Fe-Ti в среде азота 0,317 0,230

Результаты исследования на жаростойкость покрытий Al-Fe и Al-Fe-Ti представлены в табл. 3. Жаростойкость оценивалась по массе окисленного покрытия.

Потеря массы покрытия после термической обработки при 600 °С в течение 100 ч

№ п/п Покрытие Масса окислившегося покрытия, мг

1 Сталь 35 без покрытия 56,8

3 Fe-Al-Ti (аргон) 15,4

4 Fe-Al-Ti (азот) 11,2

Легирование покрытия Al-Fe титаном незначительно влияет на его жаростойкость. Однако синтезированные покрытия значительно увеличивают жаростойкость, по сравнению с образцом без покрытия примерно в 4 раза.

Нитрид железа в форме нитрида тетражелеза Fe4N образуется в вакууме при температуре 440-550 °С. Его микротвердость лежит в пределах 8,2-8,9 ГПа. Нитрид алюминия образуется при азотировании при довольно высокой температуре — более 800 °С. Учитывая, что

температура подложки в наших экспериментах была равной примерно 450 °С, образование нитридов алюминия маловероятно. Согласно данным РФЭС, содержание железа в покрытии составляет около 40 %. Образование нитридов железа после азотирования напыленного слоя приводит к увеличению микротвердости покрытия.

Из приведенных выше данных по коэффициентам трения, микротвердости, жаростойкости следует, что полученные покрытия Fe-Al и Fe-Al-Ti могут быть использованы как коррозионностойкие, жаропрочные, антифрикционные покрытия на низкосортные сорта стали, увеличивая срок службы деталей из этих сталей в 3-4 раза. Поскольку покрытия имеют толщину 4-6 мкм, экономический эффект использования таких покрытий на деталях из низкосортных марок стали очевиден.

Агрессивные свойства шахтных вод связаны с наличием серы, сульфатов железа, магния, алюминия и др. в угольной массе. Это характерно для всех угольных бассейнов мира, включая и Карагандинский угольный бассейн.

Откачка шахтных вод из горных выработок приводит к коррозии металлических частей насосов, трубопроводов, арматуры и т. д.

В табл. 4 приведены характеристики коррозионной стойкости исследованных в настоящей работе покрытий на некоторых деталях горношахтного оборудования. Здесь коэффициент K определяется методом анодного поляризационного инициирования дефектов и изменяется от K = 0 (для плохих покрытий) до K = 1 (для качественных покрытий).

Характеристики различных покрытий

Наименование детали Антикоррозионное покрытие Коэффициент K

Сталь 35 Без покрытия 0,14

Ниппель 12, Ст. 35 Fe-Al 0,47

Муфта 12 с, Ст. 35 Fe-Al 0,54

Пробка ГВУ 30.002 Ст. 35 Fe-Al-Ti 0,69

Поскольку толщина ионно-плазменных покрытий составляет от 4 до 6 мкм, то становится очевидным, что нанесение многоэлементных покрытий типа перечисленных выше, например на сталь 45, экономически более выгодно, чем использование дорогостоящих жаростойких сталей и сплавов.

1. Коррозия и защита металлов. Ч. 1. Химическая коррозия металлов / Н.А. Азаренков, С.В. Литовченко, И.М. Неклюдов, П.И. Стоев. -Харьков: Изд-во Харьк. нац. ун-та, 2007. — 187 с.

2. Strutt I.E., Nicholls J.R. and Barbier B. The prediction of corrosion by statistical analysis of corrosion profiles // Corrosion science. — 1985. -Vol. 25, № 5. — P. 305-3l6.

3. Provan J.W., Rodriguez E.S. Development of a Markov description of pitting corrosion. — Corrosion. — 1989. — Vol. 45, № 3. — P. 178-192.

4. Baroux B. The kinetics of pit generation on stainless steel // Corrosion Science. — 1988. — Vol. 28, № 10. — P. 969-986.

5. Kondo J. Prediction of fatigue crack initiation life based on pit growth // Corrosion Science. — l989. — Vol. 45, № 1 — P. 7-11.

6. Решетняк Е.Н., Стрельницкий В.Е. Синтез упрочняющих на-ноструктурных покрытий // Вопросы атомной науки и техники. -2008. — № 2. — С. 119-130.

1. Azarenkov N.A., Litovchenko S.V., Nekliudov I.M., Stoev P.I. Korroziia i zashchita metallov. Chast’ 1. Khimicheskaia korroziia metallov [Corrosion and protection of metals. Part 1. Chemical corrosion me-metals]. Khar’kovskii natsional’nyi universitet imeni V.N. Karazina, 2007. 187 p.

2. Strutt I.E., Nicholls J.R. and Barbier B. The prediction of corrosion by statistical analysis of corrosion profiles. Corrosion Science, 1985, vol. 25, no. 5, pp. 305-316.

3. Provan J.W., Rodriguez E.S. Development of a Markov description of pitting corrosion. Corrosion (USA), 1989, vol. 45, no. 3, pp. 178-192.

4. Baroux B. The kinetics of pit generation on stainless steel. Corrosion Science, 1988, vol. 28, no. 1, pp. 969-986.

5. Kondo J. Prediction of fatigue crack initiation life based on pit growth. Corrosion Science, l989, vol. 45, no. 1, pp. 7-11.

6. Reshetniak E.N., Strel’nitskii V.E. Sintez uprochniaiushchikh nanostrukturnykh pokrytii [Synthesis of hardening of nanostructured coatings]. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki, 2008, no. 2, pp. 119-130.

Платонова Елена Сергеевна (Караганда, Казахстан) — магистр технических наук, кафедра «Технология машиностроения» Карагандинского государственного технического университета; e-mail: danilina1969@list.ru.

About the author

Elena S. Platonova (Karaganda, Kazakhstan) — Master of Engineering, Department «Engineering Technology», Karaganda State Technical University; e-mail: danilina1969@list.ru.

Методы повышения коррозийной стойкости материалов

Защита от ржавчины обеспечивается благодаря применению комплекса мер, направленных на снижение скорости коррозии материалов. Одним из способов определения стойкости к появлению ржавчины является тестирование образца при помощи такого оборудования, как климатическая камера. Поскольку металлы определяют большую часть эксплуатационных характеристик изделий из конструкционных материалов, принято говорить именно о повышении их коррозионной стойкости.

Международный Промышленный форум «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. АВТОМАТИЗАЦИЯ»Особенности основных методов защиты

В целом, способы, которые сегодня активно используются, можно разбить на несколько основных групп:

  • изоляция материала от среды;
  • непосредственно повышение коррозионной стойкости;
  • электрохимические методы;
  • снижение агрессивности среды;
  • комбинация вариантов защиты.

Первый способ повышения коррозионной стойкости материалов, представленный в списке, предполагает использование специального покрытия — полимерного, конверсионного, лакокрасочного или стекловидных эмалей. Этот метод подходит для случаев, когда покрытие не приводит к нарушению работы конструкции или изделия.

Второй способ из списка базируется на применении термообработки и легировании металла (введении добавок). При воздействии высокой температуры происходит гомогенизация структуры металла, снимается внутреннее напряжение, предотвращается выпадение карбидов по границам зёрен и прочее. Легирование позволяет повысить коррозионную стойкость стали (благодаря введению хрома), меди (используется золото) и различных сплавов за счёт подбора компонентов.

Третий метод защиты основан на зависимости скорости появления ржавчины от значения электродного потенциала материала. Внешняя поляризация металла приводит к затруднению окислительных процессов. Принято различать катодную и анодную электрохимическую защиту.

Четвёртый способ повышения коррозионной стойкости материалов предполагает воздействие не на них, а на среду, в которой они находятся. Достигается это путем снижения концентрации компонентов, создающих неблагоприятный эффект. Зачастую методы защиты комбинируются согласно результатам испытаний материалов. Для проведения необходимых исследований используется климатическая камера.

Адрес компании: 194017, Санкт-Петербург, Удельный проспект, дом 5, литера А, помещение 18-Н

© ООО «СпМ Климат», 2011–2023

При использовании материалов сайта, включая фотографии и тексты, активная ссылка на www.spm.ru обязательна. Права на содержание сайта.

Информация на сайте не является публичной офертой.

Повышение коррозионной стойкости и надёжность бытовой техники при эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Росляков Валерий Иванович

Рассмотрена связь между надёжностью элементов бытовой техники и их коррозионной стойкостью . Показано, что для повышения надёжности бытовой техники необходимо применять соответствующие методы защиты от коррозии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Росляков Валерий Иванович

К вопросу о противокоррозионной защите водопроводных труб
Ингибиторы коррозии (обзор)

Оценка влияния окружающей среды на металлические изделия военной автомобильной техники и некоторые методы защиты от ее воздействия

Потенциодинамическое исследование композиционных материалов на основе алюминия в среде электролита NaCl

Обеспечение безопасности хранения серной кислоты
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE INCREASE OF CORROSION STEADFASTNESS AND RELIABILITY OF HOUSEHOLD TECHNIQUE AT THE EXPLOITATION

The relation between the reliability of the elements of household technique and their corrosion steadfastness are described. It is considered that the uses of corresponding methods of corrosion protection of the household technique for increase of their corrosion steadfastness are necessary.

Текст научной работы на тему «Повышение коррозионной стойкости и надёжность бытовой техники при эксплуатации»

ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И НАДЁЖНОСТЬ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

1 Санкт-Петербургский государственнъшуниверситет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),

191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А.

Рассмотрена связь ме^цу надёжностью элементов бытовой техники и их коррозионной стойкостью. Показано, что для повышения надёжности бытовой техники необходимо применять соответствующие методы защиты от коррозии.

Ключевые слова: надёжность, коррозионная стойкость, бытовая техника

THE INCREASE OF CORROSION STEADFASTNESS AND RELIABILITY OF HOUSEHOLD

TECHNIQUE AT THE EXPLOITATION

St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 A.

The relation between the reliability of the elements of household technique and their corrosion steadfastness are described. It is considered that the uses of corresponding methods of corrosion protection of the household technique for increase of their corrosion steadfastness are necessary.

Keywords: reliability, corrosion steadfastne, Household appliances.

Эксплуатация — это часть полного жизненного цикла изделий, в которой реализуется их качество. Эксплуатация — самый длительный и ответственный период в жизни технического объекта, в течение которого он испытывает различные нагрузки, находясь под воздействием внешних условий. Эксплуатация в общем случае включает использование изделий по назначению, транспортировку, хранение, техническое обслуживание и ремонт.

На стадии использования по назначению изделие выполняет те функции, ради которых оно изготовлено. На этой стадии проявляется работоспособность изделия, те есть проявляется надёжность изделия.

Однако, изделие будет работоспособным и его показатели надёжности будут отвечать требованиям научно-технической документации (НТД), если эксплуатация производится в полном соответствии с требованиями НТД, которые указываются в ТУ на изделие или в правилах его использования.

Любое изделие создаётся для целевого применения с учётом условий его эксплуатации. При этом его основные свойства, включая показатели надёжности, закладываются при проектировании, реализуются при изготовлении и проявляются при эксплуатации в реальных условиях. С целью повышения эффективности эксплуатации изделий они на всех этапах создания отрабатываются на надёжность.

Отработка изделий на надёжность включает повышение характеристик надёжности посредством выбора рациональных схем соединения элементов, оптимизацию конструкций деталей, обоснованный выбор конструкционных материалов, режимов эксплуатации и т.д. Большое значение приобретает обработка

изделий на ремонтопригодность, что приводит к снижению потребности в техническом обслуживании и ремонтах.

Комплекс свойств объектов эксплуатации включает надёжность, безопасность и экономическую эффективность.[6]

Надо иметь ввиду, что надёжность изделий, как и другие технические характеристики, не является величиной неизменной. В период эксплуатации под влиянием многочисленных эксплуатационных, как внешних, так и внутренних факторов, включая физико-химические процессы, протекающие в изделиях, начальные характеристики изделий изменяются в широких пределах. Это непосредственно относится к надёжности изделий.

На основе диагностирования изделий, их испытаний известно, что существует несколько возможных состояний изделий: исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и предельное состояния. В процессе эксплуатации эти состояния изделия изменяются . Переход изделия из одного состояния в другое происходит вследствие повреждения или отказа. Обратный переход может быть осуществлён с помощью технического обслуживания и ремонта.)

В процессе эксплуатации изделия находятся под воздействием большого числа внешних и внутренних факторов, при этом в материалах элементов происходят различные обратимые и необратимые физико-химические процессы, приводящие к отказу.

Одним из таких процессов, приводящих к снижению работоспособности и отказам бы -товой техники, является коррозия.

Коррозия — это процесс разрушения металла вследствие химического или электрохи-

мического взаимодействия с коррозионной средой (агрессивная атмосфера, растворы кислот, солей, щелочей ит.п). [1]

К наиболее важным последствиям, вызываемым коррозией, относится потеря металлическими деталями механической прочности, пластичности, твёрдости.

Коррозия ускоряет процессы изнашивания, усталостного разрушения, снижает прочностные свойства материалов, приводят к нарушению герметичности.

В области применения бытовой техники коррозии наиболее подвержены стиральные машины, машины химической чистки, котлы, парогенераторы, элементы систем вентиляции и кондиционирования, детали большинства бытовых машин и приборов, детали, изготовленные из нержавеющей стали в машинах химической чистки.

Как следует из статистики до 30% изделий, изготовленных из чёрных и цветных металлов, выходят из строя вследствие коррози-онного разрушения. [2]

Коррозионные процессы приводят к существенному снижению надёжности, увеличению затрат на ремонт, на защитные процессы.

Коррозионное разрушение материала происходит в результате его химического или электрохимического взаимодействия с жидкой или газообразной средой. Разнообразные условия эксплуатации бытовой техники порождают многообразие форм проявления коррозии. Классификация видов коррозии приведена в таблице 1. [5]

Таблица 1. Классификация видов коррозии

Химическая коррозия — это процесс, протекающий в виде химической реакции. К

ней относят газовую коррозию и коррозию в неэлектролитах. Наиболее активная коррозия происходит на трущихся поверхностях контактирующих деталей. Образование оксидных плёнок на трущихся поверхностях деталей сопровождается повышенной химической активностью, что вызывает повышенный окислительный износ.

Газовая коррозия возможна только в условиях, исключающих возникновение электрохимической коррозии, то есть при отсутствии влаги на поверхности деталей и в окружающей среде. Скорость газовой коррозии зависит от температуры и состава газовой среды.

Влияние температуры на увеличение скорости коррозии может быть описано урав -нением Аррениуса. [ 1 ]

где К — скорость реакции; А и В константы; Т -абсолютная температура, К.

В области бытовой техники газовой коррозии подвержены детали электронагревательных приборов ,таких как фены, утюги, электрокалориферы, камины, газовые и электрические плиты. На предприятиях сервиса -это наружные поверхности дистилляторов , калориферов, парогенераторов и другие.

Подверженность газовой коррозии ряда металлов показана в таблице 2, в которой в относительных единицах дана скорость газовой коррозии в различных средах при температуре 800оС в течение 24 часов. [ 5 ] .

Таблица 2. Подверженность коррозии

Уже при комнатной температуре на поверхности металлических деталей образуется тонкая оксидная плёнка. В зависимости от условий окисления оксидные плёнки могут иметь толщину от молекулярной до нескольких миллиметров. Состав и структура оксидных плёнок определяются электронно-

микроскопическим, электронно-графическим и рентгенографическим методами.

Тонкие оксидные плёнки лучше защищают металл от коррозии, но для этого они должны быть сплошными и беспористыми, что на практике встречается редко, так как плёнка всегда испытывает высокие напряжения, вследствие чего она разрушается. Кроме того, плёнка должна обладать хорошим сцеплением с металлом и иметь одинаковые коэффициенты теплового расширения, быть химически стойкой в условиях воздействия на неё коррозионной среды и иметь максимальное сходство кристаллических решёток металла и окисла.

Признак Виды коррозии

Механизм протекания процесса Химическая Электрохимическая

Характер повреждения поверхности Сплошная: — равномерная — неравномерная — избирательная Местная: — пятнами -язвами — точечная — межкристаллитная — транскристаллитная — под поверхностная

Условия протекания процесса Атмосферная Газовая В электролитах В неэлектролитах Электрическая Под напряжением Контактная Щелевая Почвенная Биохимическая

Вид среды Металл 02 СО2 Н2О

Железо 100 115 122

Медь 23,4 12,7 6,5

Никель 1,9 0,8 0,06

Вольфрам 80 27,2 4,1

Повышение коррозионной стойкости и надёжность бытовой техники при эксплуатации

При нарушении сплошности оксидной плёнки обеспечивается свободный доступ кислорода к металлу и в этом случае скорость коррозии будет постоянной . [5 ]

где ^ — время коррозии; у — толщина оксидной плёнки.

После интегрирования: У = Ы + С (3), где С — постоянная величина; у =С при 1=0

При наличии оксидной плёнки на поверхности детали скорость коррозии будет замедляться в соответствии с зависимостью: Лу/Л = к/у или после интегрирования У2 = Ы + С (4)

Эта зависимость характерна для таких металлов, как медь, никель, вольфрам и другие.

При окислении на воздухе деталей из алюминия, цинка, меди и железа окисление происходит по экспоненциальной зависимости

Или после интегрирования У = Ьи(кЧ). (6)

Каждая из приведённых зависимостей справедлива для различных материалов и сред в ограниченном диапазоне температур (например, для железа при температуре до 400оС характерна логарифмическая зависимость, при температурах от 5 00 до 1100°С — параболическая.

В агрегатах сервисных служб широко применяются различные органические вещества в качестве растворителей.

В связи с этим воздействию растворителей подвергаются такие детали, как трубопроводы жидких растворов, перфорированные барабаны машин химчистки, всевозможная арматура, детали пылесосов. В таких жидких средах основными коррозионными компонентами являются сера и сернистые соединения. При повышении температуры скорость коррозии металлов в растворителях и топливах, перемещаемых в трубопроводах увеличивается, причём активизации коррозии способствуют небольшие примеси в растворах воды (до 2%).

Для снижения скорости газовой коррозии рекомендуется применять коррозионно-стойкие материалы — легированные жаростойкие стали.

Электрохимическая коррозия во многом определяется видом коррозионной среды. Электролитами могут быть вода, водные и неводные растворы солей, кислот и оснований, расплавы солей.

Процесс электрохимической коррозии можно рассматривать как результат работы коррозионных гальванических элементов, возникающих при взаимодействии металла с электролитом. [1] Работа гальванического элемента обусловлена протеканием двух относительно независимых процессов — анодного и катодного, локализованных на различных участках деталей.

Анодный процесс заключается в переходе в раствор гидратированных атомов металла, а катодный — ассимиляцией перетекающих с анода избыточных электронов деполяризатором. За счёт возникающего при этом электрического тока возможно удаление продуктов коррозии от места разрушения.

Различают несколько видов электрохимической коррозии: атмосферную коррозию, чаще всего в воздушной среде; жидкостную коррозию, то есть коррозию в электролитах, электрокоррозию, возникающую под действием внешнего источника, например, коррозия под действием блуждающих токов.

Стойкость деталей к электрохимической коррозии обусловлена качеством обработ-ки их поверхности. Чем выше шероховатость поверхности, тем более неоднородны её участки по электрохимическому потенциалу и тем больше скорость коррозии.

Конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы оказывают сильное влияние на коррозионную стойкость деталей машин и приборов. [2]

Механические усилия, вызывающие внешние и внутренние напряжения в деталях, могут вызвать нарушение сплошности защитных плёнок, что приводит к ускорению коррозионного процесса.

При совместном воздействии периодических, в том числе знакопеременных нагрузок, и коррозионной среды возникает «коррозионная усталость» материала деталей, что приводит к снижению механической прочности материала и при длительном воздействии нагрузок приводит к разрушению деталей.

Рассмотрим, какие методы защиты деталей от коррозии следует рекомендовать в производстве БМП.

Для защиты деталей от коррозии а также для сообщения поверхностному слою определённых свойств (повышенной твёрдости, отражательной способности, электропроводности, износоустойчивости) применяют различные покрытия. Они делятся на металлические, химические и лакокрасочные.

Металлические или гальванические покрытия делятся на анодные и катодные. При анодных покрытиях электродный потенциал металла покрытия меньше, чем у основного металла, следовательно, химическая активность его выше. При катодном покрытии, наоборот, основной металл более активен. Таким образом, более надёжным в отношении коррозии является анодное покрытие, при котором, главным образом, корродирует металл покрытия, тогда как при катодном покрытии разрушается основной металл. Следовательно, анодное покрытие защищает металл механически и электрохимически, а катодное — только механически.

Выбор типа покрытия зависит от условия эксплуатации изделия и цели покрытия. Наиболее известным анодным покрытием явля-

ется цинкование, которое применяется для защиты от коррозии стальных, медных, латунных и бронзовых деталей.

Из катодных покрытий, применяемых как для защиты от коррозии, так и для декоративных целей, широко используют никелирование и хромирование. Эти покрытия наносятся на детали из стали, меди и медных сплавов, причём хромирование помимо защитных и декоративных свойств повышает износостойкость, жаростойкость и твёрдость деталей. Эти покрытия наносят на поверхность деталей с подслоем меди для увеличения их защитных свойств.

В настоящее время получило широкое распространение покрытие деталей сплавами, что повышает физико-химические свойства материалов. Так, гальванические бронзовые покрытия обладают большей коррозионной устойчивостью, чем цинковые покрытия.

Химические покрытия представляют собой слой оксида металла, образующийся на поверхности деталей под воздействием химических реактивов. К химическим покрытиям относят анодирование, оксидирование и пассивирование.

В производстве бытовой техники широко применяют анодирование (электрохимическое оксидирование) как для защиты деталей от коррозии, так и перед нанесением лакокрасочного покрытия. Оксидные покрытия вследствие значительной пористости обладают низкими защитными свойствами и поэтому применяются значительно реже.

Лакокрасочные покрытия предназначены для защиты деталей от коррозии и придания им декоративных свойств. В качестве покрытий обычно применяют краски и эмали чёрного, серебристого, коричневого, белого и других цветов.

Лакокрасочные покрытия наносят с помощью кисти, окунанием и распылением. Наилучшие результаты даёт проведение распы -ления в электростатическом поле.

Достаточно перспективными видами покрытий, применяемых в производстве бытовой техники, являются полимерные покрытия. Основной положительный эффект достигается при защите изделий от действия агрессивных сред при увеличении износоустойчивости, при обеспечении электроизоляционных и декоративных свойств. В качестве полимеров для получения защитных покрытий применяют полиэтилен, полиамиды (капрон), фторопласты, по-ливинилхлорид, эпоксидные смолы, полистирол и другие.

Технологический процесс нанесения полимерного покрытия включает очистку покрываемых поверхностей при помощи органи-

ческих растворителей , создание промежуточного слоя (для стали — фосфатной плёнки), подготовку полимерного материала и нанесение полимерного слоя.

Выбор метода нанесения полимерных покрытий определяется размерами покрываемых деталей, их конструктивными и технологическими особенностями, условиями будущей эксплуатации, агрегатным состоянием наносимого материала и необходимой толщиной полимерного слоя. [5]

Наиболее распространённым методом нанесения полимерного покрытия является образование покрытия из порошкообразного полимера.

Достаточно эффективным средством повышения коррозионной стойкости деталей БМП являются ингибиторы, то есть вещества исключающие или замедляющие процессы коррозии.[5]

Различают ингибиторы для чёрных металлов и универсальные ингибиторы, способные защищать одновременно чёрные и цветные металлы. В нашей стране созданы оригинальные отечественные ингибиторы, которые относятся к летучим соединениям и отличаются универсальными защитными свойствами. Это нитро — и динитробензолы, отличительной чертой которых является наличие функциональных групп, защищающих чёрные и цветные металлы. Они отличаются высокой окислительной способностью и наличием органических катионов, легко адсорбирующихся на поверхности металлов.[5]

Защита сложных конструкций, содержащих детали из различных металлов, требует учёта электрохимических особенностей отдельных металлических «электродов». В этих случаях необходимо применять ингибиторы, характеризующиеся универсальными защитными свойствами, такие как хроматы, нитробензолы или смеси ингибиторов.

1. Кубашевский О., Гопкинс Е. Окисление металлов и сплавов. М., Металлургия, 1965г. — 428с.

2. Кубарев А.И. Надёжность в машиностроении. М., Издательство стандартов, 1989г. — 224с.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Невзоров В.Н., Су гак Е.В. Надёжность машин и оборудования. Основы теории. Красноярск: Сиб. гос. технол. ун-т, 1998г. — 240с.

4. Ушаков H.H. Технология элементов вычислительных машин.М., ВШ 1976г. — 413 с.

5. Розенфельд И.Л. коррозия и защита металлов. М., Металлургия, 1970г. — 448с.

6. Росляков В.И., Сухов Г.С. Обеспечение надёжности при эксплуатации машин и агрегатов бытового назначения. СПб. Технико-технологические проблемы сервиса, 2009г.- 15-18с.

1 Росляков ВалерийИванович, к.т.н., доцент, доценткафедры «Сервисторгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.: (812) 368-42-89.

Как можно повысить коррозионную стойкость материала детали

Технологические методы повышения коррозионной стойкости поверхностей деталей арматуры могут быть классифицированы по трем направлениям [1].

Легирование материалов — добавление в сплавы специальных элементов, благодаря чему получают коррозионно-стойкие материалы. Так, легирование стали хромом (около 13 %) резко повышает ее электрохимический потенциал, на поверхности образуется тонкая защитная пленка оксидов. В результате они становятся (в зависимости от состава) кислотоупорными, коррозионно-стойкими, жаропрочными. Высокую стойкость против газовой коррозии стали и некоторым сплавам придают хром, алюминий и кремний.

Выбор специальных сплавов и условий их термической и механической обработки, при которых не требуется дополнительной защиты от коррозии. Например, специальным режимом обработки резанием на поверхности стальной детали (30ОХГСА) можно создать структуру «мартенсит особого рода», обладающую высокой коррозионной стойкостью, при этом одновременно повышается сопротивление усталости и износостойкость.

Нанесение на поверхности защитных покрытий (металлических и неметаллических) является наиболее распространенным направлением и включает большую группу методов защиты поверхностей от воздействия коррозионной среды.

Таким образом, как в области теоретической оценки качества арматуры и ее связи с эксплуатационными характеристиками, так и в области технологического обеспечения этих показателей получены определенные результаты [2, 3, 4, 5].

Совершенствование методов организации производства арматуры, внедрение в практику систем оптимизации параметров и технологического управления качеством поверхностей деталей способствуют созданию высококачественной арматуры и оптимизации производственных и эксплуатационных затрат.

ЛИТЕРАТУРА:
1. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. Л.: Машиностроение, 1983. 464 с.

2. Гошко А.И. Арматура трубопроводная целевого назначения. Книга 1. Выбор. Эксплуатация. Ремонт. М.: Машиностроение, 2003. 432 с.

3. Гошко А.И. Арматура трубопроводная целевого назначения. Книга 2. Производство. Испытания. Монтаж. М.: Машиностроение, 2003. 336 с.

5. Суслов А.Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *