Файл: Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции.pdf

лярной толщины. Такой слой имеет высокое омическое сопротивление, из-за чего затрудняется или совсем ис­ ключается возможность возникновения или развития коррозии. Идеально гладкая металлическая поверхность надежно защищается от атмосферной коррозии тонким слоем смазки при относительной влажности воздуха выше критической и температуре, превышающей точку росы.

На практике идеально гладкие поверхности отсутст­ вуют. На поверхностях всегда имеются шероховатости, в которых происходят поверхностная адсорбция паров воды и их капиллярная конденсация. Сконденсированная влага при наличии растворенных в ней электролитов соз­ дает условия для начала и последующего развития кор­ розии. Атмосферная коррозия начинается при относи­ тельной влажности ниже 98% в сконденсированной в ка­ пиллярах (шероховатостях) воде, а не в мономолекуляр­ ной пленке влаги, обладающей высоким омическим сопро­ тивлением.

Можно определить минимальную толщину пленки влаги, при которой начинается атмосферная коррозия металла, по критической влажности. При этом допускают, что толщина пленки определяется при прочих равных ус­ ловиях некоторым минимально допустимым омическим сопротивлением. Рассчитано, что наименьшая толщина пленки влаги при коррозии железа равна 7,44 - Ю - 7 см. Экспериментальным путем установлено, что минимальная толщина пленки равна 25—30 молекулярным слоям.

Если же принять размер молекул воды равным 2,9 X X 10"8 см, то будет полное совпадение расчетных и экс­ периментальных данных. Проникновение паров воды через толщу смазки и через адсорбционный слой поверхностноактивных веществ будет затруднено тем, что диффунди­ рующим парам необходимо преодолеть силы взаимодей­ ствия между адсорбирующими молекулами и адсорбентом, вытеснить эти молекулы с поверхности металла и самим занять их место.

В том случае, если энергия адсорбции поверхностноактивных веществ, имеющихся в смазке, нанесенной на поверхность металла, превосходит энергию связи паров воды с той же адсорбирующей поверхностью, то самопроиз­ вольной диффузии через адсорбционный слой не будет, чем будет обеспечена надежная защита поверхности изделия от атмосферной коррозии.

55

Диффузия паров воды через адсорбционный слой за­ труднена, так как адсорбционные молекулы находятся под воздействием сил аттракции, давление достигает при этом нескольких тысяч атмосфер. Поэтому адсорбционный слой имеет повышенную плотность и более упорядоченную структуру, чем структура смазки из-за ориентации адсор­ бированных молекул на участках с более толстым слоем смазки, чем на участках с более тонким слоем. Это создает условия для возникновения токов дифференциальной аэрации.

Величину силы коррозионного тока /, обусловленного дифференциальной аэрацией, определяют по формуле

наружная и внутренняя толщина слоя смазки.

Скорость коррозии, обусловленная большой силой кор­ розионного тока, будет иметь значение только при большой разнице состояния поверхности металла. Скорость диффу­ зии паров воды, кислорода и других газов при этом умень­ шается, вследствие чего скорость процесса коррозии за­ медляется.

При различной концентрации кислорода на разных участках поверхности металла (железа) и наличии пленки электролита возникает электрический ток. Участок поверх­ ности с большей концентрацией кислорода является като­ дом. Сила тока и соответственно скорость коррозии металла больше в том случае, если разница в концентрации кисло­ рода выше. В условиях непродолжительного хранения изделий при небольшом различии толщины слоев смазки коррозию от дифференциальной аэрации не следует при­ нимать во внимание.

Гигроскопические смазки, способные поглощать значи­ тельное количество влаги, являются электролитом, повы­ шающим электропроводность защитного слоя.

При длительном хранении электролитом служат капли воды, сконденсировавшейся на поверхности слоя смазки, покрывающей поверхность изделия. Скорость коррозии в этом случае будет ограничена диффузией ионов корроди­ рующего металла сквозь слой смазки, в каплях воды будут накапливаться гидроокиси металла.

56

При*длительном хранении изделий смазки нанесен­ ные на металлическую поверхность изделий, окисляются под каталитическим воздействием металла. Как правило, окисленные смазки своей коррозионной агрессивности не увеличивают. Образующиеся при окислении свободные кислоты в обычных условиях хранения на складах в уме­ ренном климате коррозии металлов не вызывают. При этом изменяются лишь защитные свойства окисленных смазок из-за увеличения влаго- и воздухопроницаемости, а также изменения электропроводности слоя смазки.

В результате изложенного защитные смазки, нанесен­ ные тонким слоем, должны обладать наименьшей влаго- и воздухопроницаемостью, минимальной электропровод­ ностью и гигроскопичностью, плохой проницаемостью для ионов металла. Кроме того, они должны быть химически стойкими и не содержать компонентов, способных раство­ ряться в адсорбционной пленке влаги, повышающих элек­ тропроводность слоя; содержать компоненты, которые не адсорбируются на поверхности защищаемого металла с вы­ делением максимального количества тепла и ухудшают смачивание защищаемой поверхности водой.

Неингибированные консистентные защитные смазки (пушечная, технический вазелин, ПП-95/5 и др.) защищают металл от коррозии благодаря механической изоляции поверхности металла от контакта с влагой и кислородом воздуха. По мере диффузии влаги и кислорода через слой смазки на поверхности металла начинает развиваться кор­ розия. Защитная эффективность неингибированных сма­ зок определяется величиной их влаго- и газопроницае­ мости. Таким образом, для смазок, обладающих высокой влагопроницаемостью, защитная эффективность опреде­ ляется скоростью диффузии через смазку деполяризатора— кислорода, т. е. газопроницаемостью смазок.

Факторы, характеризующие проницаемость неингиби­ рованных смазок, различны для мыльных и углеводород­ ных смазок. Так, проницаемость углеводородных смазок определяется их набухаемостью с последующим проникно­ вением электролита и кислорода к поверхности металла по дефектам и микрокапиллярным каналам в слое смазки.

Процесс проницаемости мыльных смазок осложняется из-за взаимодействия слоя смазки со средой, с процессами гидролиза, диссоциации, гидратации, использования ми­ целла, вследствие чего происходит изменение свойств смазок, выражающееся в их набухании.

57

Если перед нанесением неингибированных смазок на ' поверхности металла имелась вода, то они от коррозии металл не защищают. Коррозия развивается под слоем смазки и лимитируется диффузией кислорода. Паро-, водо- и газопроницаемость консистентных смазок значи­ тельно больше, чем у пленочных покрытий на пластмассо­ вой основе. Это подтверждается следующими данными влагопроницаемости (мг/см2 ) консистентных смазок и тон­ копленочных покрытий за сутки при толщине пленки от 1—3 мм:

ванных пленочных покрытий позволяет увеличить гаран­ тийный срок хранения машиностроительной продукции. При нарушении слоя покрытия (сползание смазки с ме­ талла «шубкой» под воздействием высокой температуры, разрыв пленки, механическое удаление смазки с отдель­ ных участков, расконсервация и др.) неингибированные смазки и пленочные покрытия не защищают металлическую поверхность от коррозии.

При введении в консистентные смазки и пленочные покрытия маслорастворимых ингибиторов коррозии меха­ низм защитного действия качественно изменяется не только за счет модификации структуры (снижения паро-, газо- и влагопроницаемости), но и в результате активного физико-химического взаимодействия с поверхностным слоем металла.

Маслорастворимые ингибиторы коррозии, введенные в смазки и пленочные покрытия, увеличивают смачивае­ мость металла нефтепродуктами, образуя на металле ги­ дрофобные пленки. В отличие от остальных поверхностноактивных веществ и присадок, растворяющихся в маслах, •маслорастворимые ингибиторы коррозии снижают поверх­ ностное натяжение на границе раздела масла и воды, а также маслоадсорбционной пленки воды и металла, уве­ личивают краевой угол капли масла на воде и капли воды на масляной пленке. При этом происходит вытеснение ад­ сорбционной воды с поверхности металла, на котором об­ разуются не пропускающие воду и не десорбирующиеся водой пленки [82].

58

Введение маслорастворимых ингибиторов в консистент­ ные смазки и тонкопленочные покрытия приводит к тому, что решающими в определении защитной эффективности становятся поверхностные эффекты. Компоненты конси­ стентных смазок имеют ярко выраженную полярность, поэтому маслорастворимые ингибиторы и мыла можно рас­ сматривать как ингибиторы анодного действия.

Среднемолекулярные нефтяные сульфонаты, нитро­ ванные масла, нитрованный окисленный петролатум яв­ ляются ингибиторами анодного действия. Защита анода уменьшает силу тока, увеличивает омическое сопротивле­ ние и приводит к уменьшению или прекращению процесса коррозии.

Кислородсодержащие ингибиторы коррозии, какими и являются окисленный петролатум и жирные кислоты, обладают в той же концентрации более общим экранирую­ щим действием на анодных и катодных участках корроди­ рующего металла. При защите металла ингибированными консистентными смазками, если на металле электрохими­ ческая коррозия не развивается, полярность, ингибиторов может и не проявляться. В этом случае начало коррозии будет зависеть только от влаго- и паропроницаемости слоя смазки.

Таким образом, при защите металлов ингибиторами происходят следующие физико-химические процессы:

а) вытеснение с поверхности защищаемого металла адсорбционной воды;

б) образование хемосорбционных соединений с тормо­ жением-анодной или катодной составляющей коррозии; в) образование адсорбционных гидрофобных пленок,

не пропускающих воду и не разрушающихся от нее; г) образование структурированных коллоидных систем,

связанных с адсорбционной пленкой.

2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ СМАЗКИ И МАСЛА

Смазочные материалы, применяемые для консервации изделий, предназначенных для длительного хранения, должны обладать высокой влагостойкостью, высокой адге­ зией к металлам, химической стабильностью, повышен­ ными защитными свойствами, устойчивостью к -обраста­

69

ные смазки (пушечная, ГШ К, ПП-95/5, ГОИ-54, ЦИАТИМ-205), жидкие (тонкослойные) К-15, ВНИИНП252, К-17, К-19 и НГ-203. В качестве антифрикционноконсервационных смазочных материалов — ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221, АМС-3 и др.

Для проверки пригодности консервационных смазоч­ ных материалов отечественного производства для долго­ временной защиты машиностроительного оборудования в условиях тропического климата в ВНИИЭлектромеханики были проведены испытания смазок в лабораторных

иестественных условиях.

Врезультате научно-исследовательских работ, прове­ денных ВНИИЭлектромеханики и ВНИИНП, получены данные, приведенные в табл. 11 [36].

После проведенных Московским институтом нефтехи­ мической и газовой промышленности им. Губкина И. М. (МИНХ и ГП) разработок новых защитных смазок и масел с введением ингибиторных присадок были опубликованы данные по срокам защиты от коррозии изделий, законсер­ вированных старыми и новыми углеводородными защит­ ными смазками (табл. 12) [68].

Лаборатория ВНИИНП и московский завод ВНИИНП разработали две группы ингибированных жидких кон­

сервационных смазок марок: НГ на основе компо­ зиции сульфонатов и карбоксилосодержащих соединений

иК — на базе минеральных масел с шестью-семью

смазок, изготовляемых московским заводом ВНИИНП [52]. Жидкие консервационные смазки образуют на поверх­ ности консервируемых изделий тонкую прозрачную пленку, обеспечивающую защиту изделий от коррозии сроком до 5 лет. Кроме того, жидкие консервационные смазки при­ годны для консервации черных и цветных металлов, а также узлов из сочетаний этих металлов; смазки неток­ сичны и взрывобезопасны. Присадки, входящие в состав смазок К-17 и К-17н, служат для повышения защитных свойств смазки. Например, литиевое мыло окисленного петролатума способствует образованию структурного каркаса, повышающего прочность пленки смазки. Дифе­ ниламин повышает химическую стабильность смазки, так

как обладает антиокислительными свойствами [76]. Введение синтетического каучука вследствие хорошей

растворимости СК-45 в маслах улучшает вязкость смазки.

60