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

Механизм разрушения металлов под действием элек­ трохимической коррозии в настоящее время достаточно изучен [80].

Коррозия может происходить только при условии взаимного разряда избыточных электронов в металле и положительных ионов в электролите. Условия для этого всегда имеются, и процессы разряда могут идти по двум схемам: за счет разряда положительных ионов раствора или образования в растворе новых отрицательных ионов. Большинство процессов электрохимической коррозии идет по второй схеме с образованием гидроксильных групп. В этом случае процесс коррозии проходит с поглощением кислорода и называется процессом с кислородной деполя­ ризацией.

Непрерывность перехода атомов-ионов металла в рас­ твор обеспечивается электрохимической гетерогенностью (неоднородностью) поверхности металла. Поэтому на по­ верхности металла всегда имеются участки с разными электрическими потенциалами (макроили микропары).

Механизм разрушения металлов под действием электро­ химической коррозии может быть представлен в виде сле­ дующей упрощенной схемы: переход ионов металла в элек­ тролит в результате электростатического взаимодействия с молекулами воды; перетекание избыточных электронов металла на более положительные участки (катоды); раз­ рядка избыточных электронов в результате соединения с ионами или атомами раствора; отвод от анодов и катодов ионов и образование продуктов коррозии. Сразу после начала действия микропары разность потенциалов между анодом и катодом уменьшается, что существенно ограни­

силе коррозионного тока /, которую можно иа основании уравнения электрохимического процесса коррозии выра­ зить аналитически

катода и анода; со — омическое сопротивление.

Явление поляризации связано с действием различных факторов, тормозящих реакции, сопровождающие анодные и катодные процессы.

Характер протекания электрохимической коррозии может быть представлен графически с помощью поляриза­ ционных диаграмм зависимости электродных потенциалов анода и катода от величины коррозионного тока [104]. Диаграммы позволяют наглядно проследить все рассмо­ тренные зависимости процесса согласно основному урав­ нению коррозии (3). В зависимости от того, какой вид со­ противления имеет превалирующее значение в ограни­ чении коррозионного тока для конкретного случая, вво­ дится понятие анодного омического или катодного кон­ троля.

Каждый способ защиты металлов от коррозии будет по своему влиять на характер протекания электрохимиче­ ского процесса. Это влияние очень удобно анализировать по поляризационным диаграммам.

Атмосферная коррозия металлов протекает под тон­ кими и тончайшими (адсорбционными) пленками электро­ лита и характеризуется рядом особенностей. Обычно рас­ сматривают три вида атмосферной коррозии: мокрую, влажную и сухую [90]. При хранении машиностроитель­ ной продукции в атмосферных условиях металл подвер­ гается коррозии под воздействием различных видов атмо­ сферной коррозии, которые переходят один в другой в за­ висимости от содержания влаги в воздухе. При этом сте­ пень коррозии зависит от следующих факторов: свойств металла [1, 13], географического местоположения [21, 27], состава атмосферы [102, 104], режима частоты обра­ зования конденсата и его испарения [79]. Наиболее интен­ сивному разрушению под действием атмосферной коррозии подвергаются черные металлы. Высокая относительная влажность воздуха, а также повышенная частота конден­ сации влаги ускоряют коррозию, так как увеличивают вре­ мя нахождения влаги на металле и толщину конденсацион­ ной пленки, что приводит к уменьшению омического со­ противления. При частых периодических конденсациях влаги скорость коррозии металлов увеличивается в ре­ зультате повышения конвекционного эффекта при испа­ рении влажной пленки [79].

Большое влияние на интенсивность коррозии оказы­ вает наличие в воздухе даже ничтожных количеств таких агрессивных примесей, как сернистый газ, хлориды и др.,

20

которые существенно влияют на электрические свойства влажных пленок, повышая их проводимость. Определен­ ное влияние на развитие процессов коррозии могут также оказывать пыль и плесень, которые способствуют дополни­ тельному увлажнению поверхности металла в результате адсорбции влаги из воздуха.

Известно, что с повышением температуры воздуха ско­ рость коррозии под тонкими пленками влаги из-за ускоре­ ния катодных процессов увеличивается [80].

Неметаллические материалы. Эти материалы весьма разнообразны, поэтому рассматриваем лишь некоторые основные их группы.

Изделия из эластомеров (резино-технические изделия) подвергаются разрушению при эксплуатации и хранении. Старение их проявляется в появлении липкости или хруп­ кости, одновременно снижаются механические характе­ ристики, появляются трещины, увеличивается газопро­ ницаемость и ухудшаются электрические свойства мате­ риала.

Механизм старения каучука и резины полностью не изучен. Однако в настоящее время имеется определенное мнение о причинах их разрушения [86]. Старение резины в основном происходит в результате ее окисления кислоро­ дом воздуха. Это подтверждается постоянным увеличением веса резиновых деталей в условиях атмосферы. По данным Ф. Ф. Кошелева [51 ], в результате окисления кислородом прочность резины снижается на 50% при увеличении ее веса на 0,5%, а при увеличении веса на 2% она полностью теряет свою эластичность и прочность.

Окисление резины •— сложный физико-химический процесс, приводящий к деструкции полимера. На скорость старения резиновых изделий влияют температура, кон­ центрация и активность кислорода, световая энергия. При высоких температурах наблюдается так называемое тепловое старение резины, причем его скорость возрастает в 2,5 раза на каждые 7—10° С повышения температуры. Низкие отрицательные температуры могут вызвать рас­ трескивание резиновых деталей, особенно в напряженных участках.

О влиянии озона воздуха и солнечной радиации на скорость старения резины существуют противоречивые мнения. Одни исследователи указывают на большое агрес­ сивное влияние солнечной радиации (в основном фиолето­ вой и ультрафиолетовой части спектра), другие считают

21

одним из наиболее разрушительных видов старения ре­ зины озонное растрескивание, которое существенно сни­ жает эксплуатационные качества изделий и может выво­ дить их из строя (растрескивание автопокрышек, разруше­ ние шлангов, манжет, прокладок и т. д.) [29, 51 ].

Вопределенных условиях изделия из эластомеров могут разрушаться под действием плесени. Особенно сильно плесень действует на натуральные каучуки. Увлаж­ ненная органическая среда является одним из основных условий образования плесени, так как плесневые грибы питаются органическими веществами. Они могут разви­ ваться за счет питательного состава материала изделий и загрязнений органического происхождения (пыль, микро­ организмы), осаждающихся на них. В процессе жизнедея­ тельности плесневых грибов вырабатываются ферменты, расщепляющие органические соединения питательной среды. Разрушение материала происходит под действием ферментов и продуктов разложения, которые могут содер­ жать кислоты.

Старение пластмасс является следствием сложной ком­ бинации различных видов деструкции полимеров, проис­ ходящих в основном под воздействием тех же факторов, которые действуют и на резины. Установлено, что механизм окисления пластмасс при деструкции обусловлен разры­ вом или сшиванием цепей макромолекул, в результате чего материал размягчается или становится более твер­ дым.

Взависимости от причин, вызывающих старение, и его характера, различают следующие виды деструкции: теп­ ловую, световую, химическую, деструкцию под действием ионизирующего излучения. Основными факторами, вызы­ вающими или ускоряющими разрушение пластмасс, яв­ ляются высокая температура, ультрафиолетовое излуче­ ние, влага воздуха и поток нейтронов или у-излучения. Они являются катализаторами, облегчающими окисли­ тельные процессы разрушения пластмасс.

Характер воздействия высоких температур зависит от химического строения полимера, наличия механических напряжений в пластмассе и сопровождается изменением размера изделий, повышением их жесткости и хрупкости. Последнее вызвано улетучиванием пластификаторов. Высо­ кие температуры влияют на электрические свойства элек­

22

Солнечная радиация существенно ускоряет процесс старения пластмасс и может вызывать химические изме­ нения некоторых из них (обесцвечивание, изменение цвета и т. д.). Скорость светового старения увеличивается при высоких температуре и влажности.

Химическая деструкция (окисление или гидролиз) приводит к изменению физико-химических свойств пласт­

массы разлагаются и меняют свое агрегатное состояние. Кроме гидролизного воздействия влага воздуха оказы­ вает сильное влияние на другие свойства пластмасс вслед­

относительной влажности воздуха усиливают это влияние. Это связано с частыми чередованиями процессов растворе­ ния и испарения влаги, проникающей на различную глу­ бину, что приводит к неравномерному распределению вну­ тренних напряжений, ускоряющих разрушение материа­ лов (растрескивание, изменение электрических свойств, ухудшение теплоизоляционных качеств, механических характеристик и т. д.).

Степень изменения свойств обычно пропорциональна количеству адсорбированной влаги и, следовательно, времени хранения изделия. Так, увеличение объема пласт­ масс с целлюлозным наполнением при относительной влажности 100% за 10—18 суток составляет 0,7—3% [58]. Известно, что при нахождении в воде некоторые пласт­ массы в определенных условиях снижают свою механиче­ скую прочность на 8—45%.

В результате поглощения или конденсации влаги на поверхности из пластмасс существенно изменяются их электрические свойства: снижается объемное и поверхно­ стное сопротивление, увеличиваются диэлектрические потери, несколько возрастает и диэлектрическая прони­ цаемость.

Разрушение и изменение свойств пластмасс может происходить под воздействием таких факторов, как пыль, песок и плесневые грибы. Пыль и песок, попадая на пласт­ массовые изделия, нарушают чистоту их поверхности.

23