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

изделий. Теоретически идеальные условия для обеспечения универсальной защиты можно создать в абсолютно герме­ тичной упаковке с полностью откаченным воздухом, уста­ новленной в помещении с постоянной температурой. Однако это неприемлемо как по техническим, так и по эко­ номическим соображениям. Поэтому все существующие методы консервации изделий обладают лишь избиратель­ ной способностью защиты по отношению к каким-либо определенным материалам, так как не обеспечивают пол­ ной изоляции от всех факторов внешней среды. Однако, как будет показано ниже, некоторые из методов в какой-то степени обладают универсальностью защиты.

Защита от действия некоторых факторов внешней среды осуществляется сравнительно просто (изоляция из­ делий от воздействия солнечной радиации путем их упа­ ковки или хранения в затемненных помещениях; исключе­ ние температурных колебаний и конденсации в отапливае­ мых складских помещениях и т. д.). Изоляция изделий от кислорода, вредных примесей в воздухе и других факторов является значительно более сложной задачей. На практике не все, даже наиболее простые, способы изоляции изделий от агрессивных факторов окружающей среды бывают до­ ступны, экономически выгодны и приемлемы для любых условий хранения (транспортирования). Следует отметить, что для прекращения или резкого торможения процессов разрушения некоторых материалов не обязательно исклю­ чать все факторы, влияющие на этот процесс, а достаточно исключить лишь основные. Это облегчает задачу разра­ ботки методов защиты.

Сущность механизмов защиты целесообразно рассмот­ реть на примере анализа некоторых способов защиты ме­ таллов от коррозии как наиболее изученных, сложных и представляющих практический интерес. Остановимся на консервации металлов с помощью смазок, ингибиторов коррозии, а также с применением различных методов гер­ метизации. Поскольку любой метод защиты металлов от атмосферной коррозии тем или иным образом будет влиять на протекание электрохимического процесса в микропарах, механизм защиты удобно анализировать по характеру изменения кривых анодной и катодной поляризации.

Принцип защиты металла от коррозии жировыми смаз­ ками заключается главным образом в механической изо­ ляции покрытых участков от влаги и кислорода, а также от агрессивных газов и пыли. Как показала практика хра-

37

нения, консистентные смазки не обеспечивают надежной длительной защиты изделий от атмосферной коррозии, что объясняется газо-водопроницаемостью смазок [58] и из­ менением их физической и химической структуры от воз­ действия атмосферы [14]. Влага проникает к металлу че­ рез поры, в консервирующем слое, а также за счет диффу­ зии паров воды. Диффузия влаги через смазку происходит из-за наличия свободного межмолекулярного простран­ ства у органических веществ, входящих в состав смазок. В. М. Мартынов экспериментально определил постоянные паропроницаемости некоторых смазок [58]. По его дан­ ным, под слоем смазки ЦИАТИМ-205 толщиной 1 см (при температуре +20° С и относительной влажности воздуха 80%) коррозия стали за год в результате диффузии влаги может достигать 9 г/м2 . Наличие у поверхности металла воздушных прослоек увеличивает скорость диффузии влаги через слой смазки и создает опасность конденсации воды при температурных колебаниях. Образующиеся в результате процесса коррозии газообразные продукты ускоряют разрушение консервирующего слоя. Внедрение молекул воды в смазку ведет к постепенному разрушению всего покрытия, к образованию пузырей и т. д.

Существующие углеводородные смазки могут сползать с металлических поверхностей при температурах ниже температуры их плавления. Консистентные смазки под­ вергаются также окислению, продукты которого вызывают коррозию металла. Наличие слоя смазки на поверхности металла будет тормозить электрохимический процесс кор­ розии за счет замедления катодной реакции (недостаток кислорода) и увеличения омического сопротивления из-за затруднения образования под смазкой конденсационного слоя электролита. Примерный характер торможения атмо­ сферной коррозии может быть представлен на поляриза­ ционной диаграмме (рис. 5). На незащищенных металличе­ ских поверхностях анодный и катодный процессы на микро­ электродах максимально облегчены (пологий ход кривых / и 2), а омическое сопротивление ввиду возможности сво­ бодного образования конденсата, ничтожно мало (R ^ 0). В результате величина коррозионного тока 1Х •— большая.

При покрытии металла смазками катодный процесс значительно тормозится (крутой ход кривой 3), а омиче­ ское сопротивление начинает играть существенную роль. Процесс характеризуется катодно-омическим контролем, в результате чего коррозионный ток снижается до вели-

38

Рис. 5. Принципиальная поляриза­ ционная диаграмма коррозионных про­ цессов металла под различными смаз­ ками (коррозионный ток):

— без консервации; J, — консистент­ ные смазки; Уа — жидкие ингибированные смазки

чины / , . Увеличение анодной

поляризации здесь вряд ли следует ожидать, так как про­ цесс протекает при недостатке кислорода.

При применении ингибированных смазок главный эф­ фект защиты достигается в результате торможения элек­ тродных процессов за счет химического или другого вида воздействия ингибиторов. Характер такого торможения применительно к жидким ингибированным смазкам виден на рис. 5 (кривые 4 и 5). Как правило, здесь нужно ожи­ дать торможения анодного процесса (большая крутизна кривой 4) вследствие пассивации. Омическое сопротивле­ ние и катодная поляризация из-за малых толщин масля­ ных пленок, а следовательно, легкого доступа влаги и кислорода воздуха к металлу в этом случае могут играть меньшую роль в торможении процесса, чем для конси­ стентных смазок. Однако для ингибированных масел, обла­ дающих гидрофобными свойствами, омическое сопротивле­ ние также может быть большим. В результате электрохи­ мический процесс коррозии при применении данного ме­ тода защитыбудет характеризоваться, как правило, анод­ ным контролем.

Существуют ингибиторы, которые защищают металлы в результате одновременного воздействия как на анодный, так и на катодный процессы. К таким ингибиторам следует отнести вязкие водные растворы нитрита натрия. Тормо­ жение анодной реакции происходит в результате ограни­ чения скорости диффузии ионов металла в вязкий раствор; катодный процесс тормозится из-за повышения перенаг пряжения ионизации кислорода и усиленной поляризации катода.

По общности некоторых признаков механизмов защиты в особую группу следует выделить методы обработки кор­ розионной среды с изоляцией всего изделия от атмосферы. К таким методам следует отнести защиту металлов от кор­ розии с помощью летучих ингибиторов, осушки изо-

39

лированных объемов или заполнения их инертными газами.

Обязательным условием защиты для этих методов яв­ ляется надежная изоляция изделия от окружающей среды и создание внутри изолированного объема определенного микроклимата, обладающего защитными свойствами преж­ де всего по отношению к металлам. Сущность защиты сво­ дится к исключению отдельных стимуляторов коррозии или к торможению их действия. Следует отметить, что при применении летучих ингибиторов и инертных газов на поверхностях деталей периодически возможна физиче­ ская конденсация влаги, в то время как при герметизации с осушкой воздуха она исключена. Механизм защиты ме­ таллов при этом заключается в торможении электрохими­ ческого процесса атмосферной коррозии за счет непосред­ ственного влияния газовой фазы ингибитора на электрод­ ные реакции (летучие ингибиторы), исключения кисло­ рода (инертные газы), исключения атмосферной влаги (герметизация с осушкой воздуха).

Характер механизма защиты металлов летучими инги­ биторами определяется их свойствами. Летучие ингиби­ торы — соединения, которые, испаряясь из твердой или жидкой фазы, образуют на влажной поверхности металла адсорбционные или фазовые защитные пленки. Механизм защиты летучими ингибиторами полностью не изучен из-за его сложности и различного поведения самих инги­ биторов. Однако существуют теории, объясняющие про­ цессы торможения коррозии некоторыми ингибиторами. Исследования, проведенные В. П. Персиянцевой, пока­ зали, что летучие ингибиторы, воздействуя на электрохи мические процессы атмосферной коррозии, увеличивают анодную или катодную поляризацию, повышают перена­ пряжение ионизации кислорода и изменяют перенапряже­ ние водорода.

коррозии металлов, поэтому исключение одного из них будет приводить к торможению процессов коррозии. Тор­ можение коррозии в бескислородной атмосфере вполне реально, поскольку атмосферная коррозия металлов про­ текает преимущественно с кислородной деполяризацией [90]. Наиболее целесообразно исключить кислород при заполнении герметичной упаковки инертными газами. Осушка воздуха также является эффективным средством

40

снижения скорости процесса атмосферной коррозии. В этом

коррозии для рассмотренных способов защиты представ­ лен на поляризационных диаграммах (рис. 6). На основа­ нии рис. 6 можно сделать следующие выводы:

а) без применения методов защиты поляризуемость анода и катода (кривые / и 2) и омическое сопротивление

мость анода и катода (кривые 3 и 4) возрастает и сила кор­ розионного тока / 2 уменьшается;

в) при исключении кислорода катодный процесс (опре­ деляется диффузией кислорода к металлу) значительно затрудняется (кривая 5), сила коррозионного тока сни­

сопротивление со4, что приводит к снижению силы корро­ зионного тока / 4 .

Рассмотрим метод консервации металлов с применением защитных масс, механизм защиты которых имеет некото­ рые особенности [5]. Как правило, детали консервируются методом окунания, при этом на них образуется сравни­ тельно толстая и прочная пленка, плотно прилегающая к поверхности детали. Механизм защиты в этом случае определяется следующими основными условиями: надеж­ ной изоляцией детали от атмосферного воздействия и от­

41

недостатка кислорода у поверхности металла и почти полного исключения конденсации влаги на поверхности деталч при температурных колебаниях. В связи с этим существенно возрастут катодная поляризация и омическое сопротивление электролита. Следовательно, можно утвер­ ждать, что для данного метода консервации торможение электрохимического процесса атмосферной коррозии бу­ дет характеризоваться смешанным катодно-омическим контролем.

Проведенный анализ механизма защиты металлов от коррозии еще не позволяет провести полную сравнитель­ ную оценку рассмотренных методов консервации. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки и характеризуется дополнительными показателями, кото­ рые определяются общими требованиями к методам защиты. К ним следует отнести экономические и технологические показатели, эффективность защиты с учетом климатиче­ ских условий хранения, трудовые затраты на консервацию и содержание в процессе хранения, время на раскон­ сервацию и т. д. Особо следует выделить показатель, ха­ рактеризующий универсальность защиты по отношению к различным материалам (кроме металлов). На основании учета этих показателей выбирают метод консервации изде­ лий в зависимости от требуемых сроков и конкретных ус­ ловий хранения (транспортирования).

Применяемые для консервации металлических деталей и механизмов консистентные смазки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным методам защиты. Основным недостатком этого метода является боль­ шая трудоемкость консервации, ухода в процессе хране­ ния и главным образом расконсервации изделий. Кроме того, как уже указывалось, консистентные смазки не обес­ печивают надежной длительной защиты металлов от кор­ розии, особенно в жестких климатических условиях.

Жидкие ингибированные смазки начинают находить широкое применение. За последнее время разработано много видов таких смазок, некоторые из которых обладают хорошими защитными свойствами. Кроме того, известен способ повышения защитных свойств эксплуатационных масел путем введения в них при консервации изделия специальных ингибированных присадок [35, 76].

Жидкие ингибированные смазки, применяемые при консервации деталей и отдельных механизмов машино­ строительной продукции, имеют существенные преимуще-

42

ства по сравнению с консистентными смазками, так как резко сокращаются или полностью исключаются операции по расконсервации и повышается надежность - защиты от коррозии. Вместе с тем, рассматривая применимость сма­ зочных материалов для консервации изделий сложной конструкции, необходимо отметить следующие общие особенности этих методов консервации: они Обеспечивают защиту только металлических деталей, которые не опре­ деляют полностью техническое состояние всего изделия, и неприменимы для внутренней консервации ряда узлов и аппаратуры (электро-радиооборудование, оптика и т. д.).

Летучие ингибиторы привлекают внимание главным образом в связи с полным исключением операции раскон­ сервации деталей.

Из огромного числа синтезированных летучих ингиби­ торов (более 3000) применение нашли лишь немногие. Большинство из них является замедлителями коррозии только для черных или отдельных групп цветных метал­ лов.

За последнее время разработан ряд летучих ингибито­ ров, обладающих универсальными защитными качествами по отношению ко многим металлам. Некоторые из них рекомендуются для консервации узлов и механизмов [81 ].

Однако, несмотря на перспективность данного направ­ ления в защите металлов от коррозии, летучие ингибиторы не нашли применения для консервации механизмов и агре­ гатов, состоящих из различных материалов. Это объяс­ няется тем, что многие из них являются дефицитными и дорогими, а также причинами, непосредственно связан­ ными с механизмом их защиты: недостаточной защитой от коррозии в условиях высокой относительной влажности и частых конденсаций, трудностью поддержания в герме­ тичной упаковке защитной концентрации ингибитора, из-за зависимости упругости его паров от температуры и проницаемости через изолирующую оболочку, малой вели­ чиной радиуса действия ингибиторов, в результате чего гарантированная защита металлов обеспечивается лишь при непосредственном наличии ингибитора у поверхности детали [70].

Получившая распространение консервация металличе­ ских изделий специальными защитными покрытиями (пластичные массы, наносимые на детали в горячем или холодном состоянии) вполне заслуживает внимания. К та­ ким средствам относятся различные защитные массы, лаки,

43