ЗАЩИТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ОТ КОРРОЗИИ И ИЗНОСА С ПРИМЕНЕНИЕМ

Для выяснения характера тормозящего действия коррозионного процесса ингибиторами выбрана методика электрохимических исследований с использованием измерительного комплекса фирмы Solartron (Великобритания). Исследования противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов проводили на стандартной машине трения типа Амслер – «МИ». Машина снабжена системами создания, поддержания и измерения температур, нормальных сил, линейных скоростей скольжения, моментов сил трения и скоростей изнашивания. Схема трения – колодка–ролик с постоянными величинами коэффициентов взаимного перекрытия независимо от износа, что обеспечивает достоверность получаемых экспериментальных результатов.

В четвертой главе представлены результаты исследований и проведен их анализ. Результаты испытаний показали высокую защитную эффективность боратов этаноламинов как водорастворимых ингибиторов коррозии с оптимальной концентрацией в растворе 15%, так как при ней достигается максимальный защитный эффект. В интервале концентраций до 15% идет молекулярное насыщение поверхности, при концентрации свыше 15% защитное действие снижается, так как расстояние между молекулами уменьшается, и силы когезии возрастают (рис. 2).

Рисунок 2 – Зависимость площади коррозионного поражения (Sп) стальных пластин от концентрации (С) БЭА в водном растворе (время испытаний – 40 ч)

Результаты электрохимических испытаний показали, что БЭА являются ингибиторами анодного действия (табл. 1, рис. 3).

Таблица 1 – Результаты электрохимических измерений на стали Ст.3, полученные в водных растворах БЭА (водопроводная вода)

Концентрация БЭА, г/л	Электродный потенциал (-Екор), В	Плотность коррозионного тока (iкор), А/м2	Катодная постоянная Тафеля bk, мВ	Анодная постоянная Тафеля ba, мВ	Скорость коррозии Кэ/х·10-4, кг/м2ч	Защитный эффект Z,%
нет	0,46	0,251	180	60	2,61	-
0,1	0,50	0,281	200	80	2,93	-
0,2	0,47	0,501	200	60	5,21	-
0,5	0,45	0,398	200	60	4,14	-
1,0	0,37	0,177	120	60	1,84	30
5,0	0,09	0,141	180	200	1,46	44

Рисунок 3 – Поляризационные кривые стали Ст.3 при концентрации БЭА в водопроводной воде, г/л:

1– водопроводная вода без БЭА; 2 – 0,5; 3 – 1,0; 4 – 5,0; 5 – 0,2; 6 – 0,1

Механизм защитного действия БЭА заключается в следующем:

- адсорбция молекул на поверхности металла осуществляется за счет водородных связей гидроксильной группы – ОН, обеспечивая экранирующее действие;

- неподеленные электроны азота в аминах H за счет донорно-акцепторной связи с катионами металлов подавляют анодный процесс.

Исследование на биостойкость БЭА показали, что их 10%-ные растворы обладают фунгицидными и антисептическими свойствами.

Антикоррозионные свойства БЭКК оценивали по результатам сравнительных испытаний с консервационными маслами РЖ (ТУ 38.1011315–90), КРМ (ОСТ 3801391–85) и индустриальными маслами И-20А, И-5А, И-8А (ГОСТ 20799–88).

В качестве образцов использовали пластины из металлов: сталь, хром, кадмий, алюминий, латунь, медь, цинк.

Проведенные исследования показали, что защитная эффективность композиции, содержащей 20% БЭКК и 80% масла И-20А, значительно выше эффективности всех испытуемых масел.

В таблице 2 представлены результаты сравнительных испытаний опытного образца консервационного масла, содержащего 20% БЭКК, и известного консервационного масла К-17 в объеме Комплекса методов квалификационной оценки (КМКО).

Таблица 2 – Результаты сравнительных испытаний опытного образца консервационного масла, содержащего 20% БЭКК, и консервационного масла К-17 в объеме КМКО

№ п/п	Показатель	Метод испытания	Требования ТУ	Фактическое значение
				Образец сравнения К-17	Опытный образец
1.	Защитная способность: при повышенных значениях относительной влажности и температуры воздуха с периодической конденсацией влаги на образцах: время до появления первых признаков коррозии (ППК), циклы площадь коррозионного поражения за время испытания (60 циклов), %	ГОСТ 9.054. метод 1	– –	56 5	За 60 циклов ППК не наступили 0
2.	Защитная способность при воздействии сернистого ангидрида, за 1 цикл площадь коррозионного поражения, % потеря массы стальной пластины, г/м2	ГОСТ 9.054, метод 2	– –	30 2,9	30 2,3
3.	Защитная способность при воздействии соляного тумана, время до появления первых признаков коррозии, циклы площадь коррозионного поражения. %, за 3 цикла потеря массы стальной пластины, г/м2, за 3 цикла	ГОСТ 9.054, метод 3	– – –	4 0,5 1,40	6 0,4 1,35

Продолжение таблицы 2

4.	Защитная способность при постоянном погружении в электролит: время до появления первых признаков коррозии, циклы площадь коррозионного поражения. %, за 45 суток потеря массы стальной пластины, г/м2, за 45 суток	ГОСТ 9.054, метод 4	– – –	13 0 0,7	16 0,1 4,1
5.	Защитная способность при воздействии бромисто-водородной кислоты, площадь коррозионного поражения за 4 часа, %	ГОСТ 9.054, метод 5	–	15	10
6.	Защитная способность в условиях контакта разнородных металлов, время до появления первых признаков коррозии, циклы	ГОСТ 9.054, метод 6	–	12	29
7.	Стабильность защитных свойств в тонком слое (окисление при 600С в течение 114 ч): кратность изменения защитных свойств при воздействии сернистого ангидрида (за 1 цикл): кратность изменения защитных свойств при постоянном погружении в электролит	Решение ГМК от 22.10.81 г. № 23/1-226	– –	– 4,0 – 1,3	– 5,1 стабильно
8.	Прогнозируемая защитная эффективность в заданных условиях хранения по ГОСТ 15150, годы: 1. ОХ 2. НХ в макроклиматичес-ких районах с умеренным и холодным климатом 3. НХ, расположенные в любых макроклиматичес-ких районах, в том числе в районах с тропическим климатом	Решение ГМК от 22.10.81 г. № 23/1-226	– – –	7 3 1	7 (6,9) 3 (2,8) 1 (0,9)

По данным электрохимических исследований БЭКК является ингибитором анодного действия (табл. 3, рис.4).

Таблица 3 – Результаты электрохимических измерений на стали Ст.3, покрытой пленками И-20А с БЭКК, в 0,5 М растворе NaCl

Исследуемая композиция	Электродный потенциал (-Екор), В	Плотность коррозионного тока (iкор), А/м2	Катодная постоянная Тафеля bk, мВ	Анодная постоянная Тафеля ba, мВ	Скорость коррозии Кэ/х·10-4, кг/м2ч	Защитный эффект Z,%
масло И-20 А	0,47	0,063	100	60	0,670	–
масло И-20 А + 20% БЭКК	0,06	0,020	100	100	0,207	69

Рисунок 4 – Поляризационные кривые стали Ст.3 под слоем:

1 – масло И-20 А; 2 – масло И-20 А+20% БЭКК

При проведении сравнительных трибологических испытаний в качестве объектов исследований использовали: масло трансмиссионное ТМ5-18 (ГОСТ 23652–79) – I, композиции ТМ5-18 + АКОР-1 (10%) – II и ТМ5-18 + БЭКК (10%) – III.

Результаты испытаний приведены на рисунках 5 и 6.

Анализ полученных данных показал, что скорость изнашивания сопряженных поверхностей с маслом ТМ5-15 почти на порядок, а ТМ5-18+10% АКОР-1 – в 6 раз превышают скорость изнашивания сопряжений с композицией ТМ-15+10% БЭКК.

Трибохарактеристики смазочной композиции ТМ5-15+10% БЭКК после непродолжительного внешнего нагрева (до 105°С) и последующего охлаждения улучшаются: скорость изнашивания снижается в 3 раза, момент сил трения и температуры также существенно уменьшаются. Этот факт подтверждает наличие процесса хемосорбции.

Рисунок 5 – Зависимость скорости изнашивания колодки

от нормальной силы

Рисунок 6 – Зависимость момента сил трения от нормальной силы

в сопряжении «колодка-диск»

Результаты исследования поверхностей колодок, полученных с помощью бесконтактного оптического профилометра, представлены на рисунках 7…9.

Рисунок 7 – Внешний вид (а) и шероховатость поверхности колодки (б)

до испытаний

Рисунок 8 – Внешний вид (а) и шероховатость поверхности колодки (б)

после испытаний

а б

Рисунок 9 – Значения шероховатости поверхности колодки (Rа ) при использовании смазок (время испытаний – 30 часов):

а – масло ТМ5-18; б – масло ТМ5-18+10% БЭКК

Результаты исследования топографии поверхностей трения по скорости уменьшения их шероховатости позволяют сделать заключение о наличии эффекта приработки. За 30 ч испытаний шероховатость поверхности колодки при использовании масла ТМ5-18 уменьшилась на 0,05 мкм, при применении БЭКК в качестве присадки – на 0,15 мкм.

В пятой главе разработаны предложения по практической реализации результатов исследований и дана оценка их технико-экономической эффективности.

Обработка впускных трубопроводов ДВС композицией БЭКК с перфторированным радикалом дает возможность снизить массу отложений на внутренних стенках (рис. 10).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что основная масса отложений образуется в течение первого цикла, в дальнейшем прирост замедляется, хотя и сохраняется тенденция к увеличению. Нанесение нанопленки на внутреннюю поверхность впускной системы ДВС придает ей антиадгезионные свойства, что снижает массу смолистых отложений в 7 раз.

Для защиты крепежных соединений от термоокислительного и коррозионного «схватывания» рекомендована резьбовая смазка (РС), применение которой исключает эти негативные явления, что позволяет снизить трудоемкость демонтажа сборочных единиц и агрегатов сельскохозяйственной техники на 30…40% (табл. 4).

Рисунок 10 – Масса отложений на контрольной (I) и опытной (II) пластинах после 1…3 циклов испытаний

Таблица 4 – Результаты сравнительных испытаний разработанной резьбовой смазки и зарубежных аналогов для предотвращения термоокислительного «схватывания»

Резьбовая смазка	Крепежный элемент и материал	Режим испытания		Момент при разборке, Нм
		, час	Т, 0С
РС “CRANE” США, 600 “FEL-PRO” США, 1000 Смазка ВНИИНП-232 Без смазки	Шпилька М24х65, гайка колпачковая то же « « «	16 16 16 16 16	900 900 900 900 900	25 200, схватывание 35 200, схватывание 400, схватывание

Предложена технология применения смазок с наномодифицированными наполнителями (графитом, дисульфидом молибдена) для использования в высоконагруженных сопряжениях. В результате удалось уменьшить не только скорость изнашивания, но и коэффициент трения в трибосопряжениях (рис. 11, 12).

Рисунок 11 – Зависимость скорости изнашивания колодки

от величины нормальной силы при использовании смазки:

I – Литол, II – Литол + наномодифицированный наполнитель

Рисунок 12 – Зависимость коэффициента трения от величины

нормальной силы в сопряжении «колодка-диск» при использовании смазки:

I – Литол, II – Литол + наномодифицированный наполнитель

Применение твердых смазочных покрытий на основе наномодифицированного дисульфида молибдена и полимерного связующего – поливинилбутирального лака позволяет придать рабочим органам почвообрабатывающей техники противоизносные и гидрофобные свойства, что дает возможность повысить качество обработки почвы и уменьшить расход топлива.

Разработаны рекомендации по восстановлению эксплуатационных параметров двигателей и различных систем без разборки. Испытания показали, что введение наномодификатора в масло двигателя позволяет выровнять и увеличить компрессию в цилиндрах; снизить механические потери холодного и прогретого двигателя, повысить его мощность; получить экономию топлива и снизить СО в выхлопных газах (рис. 13…17).

Рисунок 13 – Компрессия в цилиндрах двигателя при использовании базового масла ( I) и базового масла с наномодификатором ( II) (1, 2, 3, 4 – номера цилиндров)

Рисунок 14 – Зависимость момента механических потерь Мm

от числа оборотов n холодного двигателя:

1 – без модификатора; 2 – с наномодификатором

Температура во время эксперимента, С: масла – 25; окружающей среды – 20: охлаждающей жидкости – 20.

Рисунок 15 – Зависимость момента механических потерь Мm

от числа оборотов n прогретого двигателя:

1 – без модификатора; 2 – с наномодификатором

Рисунок 16 – Зависимость часового расхода Gd топлива

от нагрузки Ms двигателя при n=1700 мин-1:

1 – без модификатора; 2 – с наномодификатором

Рисунок 17 – Зависимость удельного расхода ge топлива

от нагрузки Ms двигателя при n=1700 мин-1:

1 – без модификатора; 2 – с наномодификатором

Произведена технико-экономическая оценка эффективности результатов исследований.

Коэффициент эффективности защиты (Ктэ) рассчитывали по формуле:

, (4)

где – эффективность защиты разработанных средств;

– эффективность защиты существующих аналогов.

Для оценки эффективности средств защиты от коррозии и износа ( и ) использовали такие показатели, как площадь коррозионного поражения, время или количество циклов до появления первых признаков коррозии, скорость коррозии, скорость изнашивания и т. д.

Результаты расчета коэффициента эффективности защиты (Ктэ) представлены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5 – Значения коэффициента эффективности защиты Ктэ при применении БЭКК в качестве ингибитора коррозии в сравнении с известными отечественными и зарубежными аналогами

№ п/п	Защитное средство	Наименование организации, проводившей испытания	Ктэ
1	К-17	ФГУП «25 ГосНИИ МО»	2,13
2	RHOBACORR RC-80 Фирма «Roba-chemie GmbH» (Германия)	Алтайский завод прецизионных изделий	1,7
3	ЛО	ОАО «Московский подшипник»	1,9
4	PREVOX 6764 Фирма «Henkel» (Германия)	ОАО «Саратовский подшипниковый завод»	1,0
5	ANTICORIT Фирма «FUCHS» (Германия)	ФГУП «Ижевский механический завод»	2,1
6	АКОР– 1	ОАО «Заволжский моторный завод»	2,2
7	ISOTECT 377 Фирма «Petrofer Chemicals Headquarter» (Германия)	ОАО «Заволжский моторный завод»	1,8
8	ВОЛГОЛ – 130	ОАО «Заволжский моторный завод»	2,2
9	РЖ	В/ч 93219	1,5

Таблица 6 – Значения коэффициента эффективности защиты Ктэ при применении БЭКК в качестве противоизностной присадки к маслу ТМ5-18

№ п/п	Смазочная композиция	Скорость изнашивания Vизн (при Рн=115, 15 кгс), мкм/ч	Ктэ
1	ТМ5-18	238,2	8,2
2	ТМ5-18+10% АКОР-1	169,6	5,8
3	ТМ5-18+10% БЭКК	29,2	-