Аналіз протикорозійного захисту металевих конструкцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Актуальність теми. Розширення області застосування металу в будівництві, підвищення архітектурної виразності будівель і споруд визначають необхідність вдосконалення вимог до засобів і методів протикорозійного захисту конструкцій. Нормативні вимоги до показників якості та довговічності будівельних металоконструкцій в корозійних середовищах включають застосування чинних стандартів Єдиної системи захисту від корозії, старіння і біопошкоджень (ЄСЗКС). Аналіз вимог технічних регламентів будівельних конструкцій підтверджує важливість контролю декоративних і захисних властивостей покриттів для поліпшення споживацьких якостей металопродукції.

Вдосконалення механізмів забезпечення якості металоконструкцій направлене на реалізацію Законів України «Про захист прав споживачів», «Про підтвердження відповідності» при визначенні гарантованих рівнів експлуатаційних властивостей з урахуванням вимог Директиви Ради Європейського співтовариства 89/106/ЕЕС. Гарантії виробника встановлюються системою менеджменту якості підприємства за стандартом ISO 9001:2000 і повинні включати умови технологічної безпеки для технічного обслуговування та ремонту. Необхідно відзначити, що чинні нормативні документи, зокрема СНиП III-18-75, не передбачають вимог до гарантованих термінів служби будівельних металоконструкцій. Питання управління експлуатаційним терміном служби для забезпечення надійності та безпеки промислових та цивільних об'єктів визначені як пріоритетні завдання в Постанові КМУ від 8 жовтня 2004 р. № 1331 ”Про затвердження Державної науково-технічної програми "Ресурс".

Європейські норми проектування (EN ISO 12944) визначають нормативні вимоги щодо обґрунтування заходів протикорозійного захисту впродовж терміну служби, встановленого технічними умовами. Тому менеджмент якості протикорозійного захисту на основі підходів до оцінки граничних станів розглядається як важлива комплексна проблема забезпечення технологічної безпеки конструкцій будівель та споруд, автообладнання.

Мета роботи - розробка регламентних вимог забезпечення якості протикорозійного захисту на основі розрахунково-експериментальної методики оцінки показників надійності конструкцій за встановленими рівнями корозійної небезпеки.

Задачі досліджень:

* розробити методику вибору та обґрунтування засобів первинного і вторинного захисту на основі розрахунково-експериментальної оцінки корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при заданому терміні служби;

* виконати фізико-хімічне та математичне моделювання корозійного руйнування конструктивних елементів та їх захисних покриттів на основі аналізу показників технологічної раціональності протикорозійного захисту;

* сформулювати умови підтвердження відповідності гарантованих показників довговічності вимогам технологічної безпеки типової моделі експлуатації та технічного обслуговування за фактичним станом;

* розробити алгоритм управління економічною ефективністю заходів первинного та вторинного захисту в залежності від рівня корозійної небезпеки об'єкту;

* упровадити розроблені методики й алгоритми при розв'язанні практичних задач.

Об'єкти досліджень - засоби і методи протикорозійного захисту сталевих конструкцій за критеріями корозійної небезпеки.

Предмет дослідження - показники довговічності та ремонтопридатності сталевих конструкцій та їх захисних покриттів при проектуванні, виготовленні, експлуатації з урахуванням вимог технологічної раціональності та безпеки в корозійних середовищах.

Методи дослідження засновані на процесному підході до управління якістю та оцінки ризиків в теорії надійності конструкцій, моделюванні агресивних дій при прискорених і стендових випробуваннях, розрахунково-експериментальній оцінці несучої здатності та експлуатаційних параметрів конструкцій за ознаками граничних станів.

Структура курсової роботи. Робота складається з вступу, двох розділів, висновків та списку використаної літератури. Загальний обсяг роботи вміщено на 35 сторінках з використанням 20 джерел літератури.



1. Програма дослідження процесів корозії

Про розвиток корозійних процесів можна судити виконуючи безпосередні вимірювання корозійних ефектів (глибини, площі ураження, маси продуктів корозії і т.д.), або фіксуючи зміни в результаті корозії деяких характеристик металу (механічної міцності, електропровідності і т.д.), або здійснюючи дистанційно-періодичні перевірки експлуатаційних факторів (температурно-вологісного режиму, концентрації забруднень в повітрі і т.д.) і працездатності виробів з металу.

При досліджені корозії умови експлуатації можна моделювати на зразках металів з урахуванням значимих чинників (лабораторні випробування), деталях і складальних одиницях на кліматичних станціях, на дослідних зразках техніки (випробування в природних умовах). Випробування можуть бути тривалими і прискореними. Часто застосовують експрес-методи.

Класифікація корозійних випробувань наведена на рис. 1.

При експлуатації та збереженні металовиробів використовують візуальний метод, він дозволяє встановити зміну мікрогеометрії поверхні металу і захисного покриття, адгезію останнього (здуття, розтріскування, відшаровування), вид корозійного руйнування. Його використовують для оцінки суцільної корозії і деяких видів місцевої корозії. Місцеву корозію оцінюють за глибиною уражень та займаної ними площі поверхні.

Зазвичай для оцінки корозійного враження використовують десятибальну шкалу корозійної стійкості.

Недолік розроблених раніше шкал - розбіжність у значеннях корозійних балів. Розроблено універсальну шкала оцінки стану металовиробів, по якій корозійний стан оцінюють відповідною групою стійкості (0-V) або в балах (0-10). Елементи конструкції, не піддаються корозії в даних умовах експлуатації, відносять до нульової групи ( бсолютно стійкі) і оцінюють в 0 балів. При інтенсивному протіканні корозійних процесів руйнувань металів відносять до п'ятої групи (абсолютно нестійкі ) і оцінюють в 10 балів.

Про початкові стадії загальної корозії блискучих металевих поверхонь можна судити по зміні коефіцієнта відбиття світла, заміряючи величину фотоструму за допомогою фотоелектричних блискомірів ФБ-2, ФМ-58 і ін. Металографічні методи дозволяють виявляти початкові стадії структурної корозії. Їх застосування можливе в умовах експлуатації металовиробів без відбору зразків.

Хімічні та електрохімічні методи дозволяють ідентифікувати склад металу елементів конструкції і продуктів корозії, визначити кислотність середовища, оцінити якість покриттів, виявити анодні і катодні зони в умовах нерівномірної та місцевої корозії металів, гетерогенні включення в металі, що виходять на його поверхню, використовуючи крапельний спосіб із застосуванням відповідного розчину або накладенням вологої індикаторного паперу.

Методи механічних випробувань складаються в порівнянні механічних властивостей металу до і після корозії. Вони включають випробування на розтяг, згин, ударну в'язкість. В особливих випадках визначають інші механічні властивості металу (межа витривалості, плинності та ін.)

Іноді металовироби випробовують на міцність повітрям і водою. При таких випробуваннях фіксують граничні значення тиску робочого тіла (повітря, рідини), за якими розраховують зусилля руйнування конструкції для порівняння зі стандартними.

Випробування дозволяють встановити вплив умов експлуатації та корозійних процесів на міцніші та інші фізико-механічні характеристики елементів конструкції.

Відомі такі критерії оцінки корозійних ефектів:

- місцевий показник корозії (kn) - кількість корозійних місць, що виникають на одиниці металевої поверхні за певний проміжок часу в даних умовах експлуатації;

- глибинний показник корозії (kр) - характеризує середню або максимальну глибину корозійного руйнування металу за певний час експлуатації виробів, наприклад, мм/рік; для вимірювання піттингів може бути використаний індикатор підвищеної чутливості;

- показник схильності металу до корозії (kс) - термін експлуатації (випробування) до початку корозійного процесу, год/(мм2·добу). Початок корозійного процесу визначають станом поверхні металу, при якому корозійне поразка досягло 1 % площі;

- показник зміни маси металу (kт) - зменшення або збільшення маси металу під час експлуатації (випробування) за, рахунок втрат або росту продуктів корозії, г/(м2·год);

- механічний показник корозії, наприклад міцніший, що характеризує зміну межі міцності металу за час експлуатації, %;

- електричний показник корозії, наприклад струмовий, який відповідає швидкості корозійного процесу мА/см2, або показник зміни електроопору поверхні металу за час експлуатації, %.

Різноманітність факторів корозійних процесів і механізмів їх перебігу вимагає індивідуального підходу до вибору методу корозійних випробувань і оцінки корозійних вражень.

Методи прискорених випробувань повинні враховувати умови експлуатації, зберігання, зокрема основні значимі чинники. Прискорення корозійного процесу при цьому не можна досягти за рахунок зміни його механізму, наприклад, введенням більш агресивного компонента іншої природи. Режим випробування необхідно підібрати такими чином, щоб забезпечувалася висока швидкість корозії протягом всього періоду випробувань.

Прискорення процесу, атмосферної корозії; може бути досягнуто створенням умов періодичної конденсації вологи на поверхні виробів, підвищенням концентрації корозійного компонента. Прискорення процесу мікробіологічної корозії може бути досягнуто застосуванням температурного (вологого) режиму, живильного середовища і штамів мікроорганізмів, які викликають при експлуатації найбільш інтенсивне руйнування.

Використання: для прискорення корозії підвищеної температури допустимо при врахуванні інших факторів. Фактор температури впливає на час контакту електроліту з металом, при цьому корозійні ефекти можуть бути низькими в області впливу високих температур. Тому застосування температурного чинника з метою прискорення процесу корозії можливо з урахуванням фактора зволоження поверхні.

Результати прискорених випробувань можуть бути використані для прогнозування реальних корозійних процесів тільки в тому випадку, якщо є адаптовані моделі останніх. Слід уникати методів прямої екстраполяції по коефіцієнтам жорсткості.

Експрес-методи дослідження корозійних процесів при експлуатації та ремонті GXT займають особливе місце.

Своєчасне виявлення корозії металі , що перебувають у контакті з агресивним середовищем, зокрема визначення схильності металу до міжкристалічної корозії (МКК) та виявлення її початкових стадій має велике значення для безаварійної експлуатації виробів. Перспективний експрес-метод корозійного випробування сталей типу 12X18Н9Ш на схильність до МКК кип'ятінням в 65 %-ній азотній кислоті. Схильність до МКК оцінюють хімічним шляхом (фотоколориметричним або спектрофотоколоричним аналізом розчину). Якщо відношення перейдених в розчин іонів тривалентного заліза до іонів шестивалентного хрому становить 1:4,5, то сталь не схильна до МКК, якщо це відношення 1:(4,5...20 ) - схильна або має початкову стадію руйнування за механізмом МКК. Основна перевага методу - можливість використання для аналізу металевої стружки, взятої з поверхні конструкцій поблизу очікуваних зон руйнування металу.

Розроблено метод визначення схильності і початкових стадій МКК металографічним шляхом безпосередньо на елементах металевих конструкцій, що знаходяться в експлуатації або вилучених з виробів при проведенні технічного обслуговування. Шліфи роблять в поздовжньому перерізі. Після шліфування, знежирення і травлення поверхні визначають розташування кордонів зерен. Замкнуті кордони зерен характеризують схильність металу до МКК або її початок.

Для виявлення структури металу на поверхні елементів конструкцій, що знаходяться в експлуатації розроблена спеціальна комірка. Пристрій виконаний у вигляді накидної шайби під об'єктив мікроскопа. Внутрішній простір розділено тонкою скляною перегородкою, яка ізолює об'єктив мікроскопа від електроліту і має два штуцери для прокачування електроліту і ущільнювальну прокладку, що забезпечує щільне прилягання до поверхні випробуваного сполучення. Пристрій дозволяє спостерігати процес у часі. Для прискорення процесу травлення підключають до позитивного полюса джерела постійного струму.

Поверхні корозійно-стійких сталей полірують електронатиранням з попереднім нанесенням на поверхню плівки розчину ПАР. При інтенсивному утворенні продуктів корозії виконують травлення електронатиранням кислим і лужним розчинами.

Для визначення корозійного стану (діагностики) та своєчасного виявлення можливих корозійних відмов машини, які знаходяться в експлуатації, періодично перевіряють. У кожен момент часу стан конструкції можна характеризувати корозійним враженням (КВ), яке визначає стійкість металів і покриттів до діючих факторів. При цьому необхідно знати, чи вкладається КВ в допустимі межі або виходить з них. Вихід фактичних значень КВ за межі допустимих значень - ознака небезпечного корозійного стану.

Для дистанційних перевірок можливе застосування пристрою з датчиком ємнісного типу. Таким пристроєм можливо здійснювати дистанційні виміри вологості поверхні металу і рН плівки вологи.

Дистанційне визначення корозійного стану в перспективі дає можливість проводити прискорені випробування з постановкою керованого експерименту і моделювання окремих стадій процесу корозії. Створення та впровадження пристроїв для автоматичних вимірювань параметрів корозійних процесів дозволить не тільки вирішити завдання контролю корозії, а й ширше впровадити методи захисту від корозії впливом на середовище, автоматичне регулювання параметрів електрохімічного захисту, дозування летючих інгібіторів корозії і біоцидів і т. п.

До методів автоматичного вимірювання параметрів процесів корозії і пристроїв для їх реалізації висувають такі вимоги:

- забезпечення достовірних результатів вимірювань найбільш простим шляхом;

- своєчасність виявлення небезпечного корозійного стану;

- можливість суворого обліку та контролю факторів, що впливають на відтворюваність результатів вимірювань;

- вибірковість реєстрації параметрів окремих видів корозії , а в окремих випадках - можливість отримання інтегральних оцінок корозійних ефектів;

- мінімальний вплив вимірювальної апаратури на хід корозійного процесу;

- можливість автоматизації збору і обробки інформації.

Рекомендовані методи корозійних випробовувань і показники оцінки різних видів корозії приведено у табл. 1 і 2.

Таблиця 1 Класифікація методів дослідження корозійних процесів

Метод та досліджуєма характеристика	Тип досліджень	Показник корозії
1	2	3
Методи прямого дослідження корозійних процесів
Метод візуального спостереження	Лабораторні, натуральні і експлуатаційні дослідження	Якісно порівнянням фото, замальовок, описання процесів і поточного стану об'єкта
Хімічні методи: - капельний метод накладання вологої індикаторної бумаги - проведеням хімічного (спектрального, рентгенографічного) аналіза метала і продуктів корозії після експлуатації конструкції	Експрес-методи ідентифікування металів і продуктів корозії. Кількісне визначення хімічного складу продуктів корозії на зразках елементів конструкції після лабораторних і експлуатаційних досліджень	Якісне по характеру реакції, зміни кольору і т.д. Показник складу продуктів корозії
Метод фіксації корозійних центров: - час появи першого корозійного центра - відносна площа корозійного враження - глибина корозійного вогнища	Лабораторні, натуральні, обмежено експлуатаційні (для місцевої корозії)	Показник схильності до корозії. Місцевий показник корозії. Глибиний показник корозії
Гравіметричний метод: втрата маси збільшення маси	Лабораторні, натуральні випробування зразків: можливо видаляти продукти корозії; продукти корозії малорозчинні і мають достатню адгезію	Показник зміни маси металу, г/(м2·год)
Методи непрямого дослідження корозійних процесів
Обґємний метод	Лабораторні дослідження зразків: при водневій деполяризації (виділення водню) при кисневій деполяризації (поглинання кисню)	Об'ємний показник корозії, см3/(см2·год)
1	2	3
Метод світлових ефектів	Лабораторні, натуральні, експлуатаційні випробування (для визначення початкових стадій атмосферної корозії)	Показник зміни відбивної здатності, % рік
Метод фотостимулювання електроної емісії (ФЕЕ)	Лабораторні випробовування початкових стадій атмосферної корозії	Показник корозії позгасанню ФЕЕ
Механічні методи	Лабораторні випробовування зразків після проведення процесів корозії в лабораторних, натуральних і експлуатаційних умовах для структурної та інших видів корозії по зміні механічних характеристик.	Механічний показник корозії, % Показник зміниміцності або відностого питомого видовження зразків ф
Метод теплового ефекта	Лабораторні випробовування у випадку проведення енергетичних корозійних процесів	Тепловий показник корозії, Дж/(см2·доб)
Електрохімічні методи: зміна електродних потенціалів аналіз поляризаційних кривих визначення поляризаційного опору фіксація змін характерних параметрів середовища, викликаних процесами корозії	Лабораторні методи при досліджені електрохімічної корозії	Показник корозії по електрохімічним характеритикам Струмовий показник корозії, мА/см2
Електричні (контактні) методи: фіксація змін омічного опору постійного струму або струму низької частоти при корозії фіксація змін опору змінного струму середньої і високої частоти з використанням поверхневого ефекту при корозії	Лабораторні, натуральні і експлуатаційні методи випробування зразків і елементів конструкцій (особливо для атмосферної корозії). Методи прийнятні для автоматичного і дистанційного вимірювання параметрів	Показник корозії по зміні електроопору,%
1	2	3
Електромагнітні методи, які включають: фіксацію змін опору металу магнітному потоку (змін густини магнітного потоку) струмовихровий метод вимірювання загасання СВЧ електромагнітного поля, яке поширюється уздовж корозійної поверхні, або під кутом до неї	Лабораторні, натуральні і експлуатаційні, які відрізняються можли-вістю безконтактних вимірювань. Струмовихровий метод може бути використаний для вимірювання піттінгової і структурної корозії. Методи прийнятні для автоматичних вимірювань процесів корозі	Показник корозії по зміні магнітного потоку, %
Ультразвукові методи: по згасанню або розсіюванню поверхневих ультразвукових хвиль шляхом суцільного прозвучування металу; резонансний; ультразвукова інтроскопія	Лабораторні, натуральні і експлуатаційні випробовування корозії металів в рідких і газоподібних середовищах	Показник корозії по зміні параметрів ультразвукових коливань, %
Радіоізотопні методи: за спаданням інтенсивності випромінювання зразка в процесі корозії по зростанню інтенсивності радіоактивних продуктів корозії в воді по накопиченню радіоактивного ізотопу корозійно-активного компонента середовища на поверхні зразка	Для визначення вельми малих швидкостей корозії протягом тривалого проміжку часу, переважно в лабораторних умовах	Показник корозії по зміні радіоактивності середовища, продуктів корозії або поверхні металів, %
Оптичні методи: металографічний рентгенографічний електронографічний інфрачервоної спектроскопії	Особливо ефективні для деяких видів корозії (структурної, піттінга, ножової та ін) як в лабора-раторних так і в експлу-ційних умовах	Якісно, порівнянням фото, шліфів, рентгенограм і т.д.
Радіографічні методи: за результатами просвічування зразка проникаючим випромінюванням нейтронорадіографіческій метод електронномікроськопічеський авторадіографія	Лабораторні дослідження корозійних процесів - випромінювання структурних неоднорі-дностей, зокрема, визначення глибин і розмірів коррозіонних виразок, раковин і т.д. При дослідженні процесу корозійного зносу Дослідження розподі-лення водню в сталях за допомогою застосування радіоактивного ізотопу водню - тритію



Таблиця 2 Класифікація і методи визначення показників корозії

Вид корозії	Найменування	Одиниці виміру	Принцип визначення
1	2	3	4
Поверхнева рівномврна	Втрата маси на одиницю площі поверхні	г/м2	Визначення по втраті маси і площі поверхні зразка
	Зменшення розмірів	мм, мкм	Вимірювання або обчислення по втраті масі
	Швидкість втрати маси	г/(м2·год) г/(м2·доб)	Обчислення
	Швидкість зменшення розмірів	мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год
Поверхнева нерівномірна	Глибина проникнення: мсцева; середня; максимальна; екстремальна	мкм, мм	Вимірювання або послідовне видалення шарів металу
			Обчислення
	Коефіцієнт нерівномірності	-
	Ступінь враження поверхні	%	Вимірювання за допомогою сітки квадратів
	Швидкість проникнення	мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год	Обчислення
Структурна	Глибина проникнення	мкм, мм	Вимірювання
Міжкристалічна	Швидкість проникнення	мкм/год, мкм/доб, мкм/год, мм/год	Обчислення
Вибіркова	Ступінь враження поверхні корозією	%	Вимірювання за допомогою сітки квадратів
Пошарова	Відносна довжина торців розшаровування	%	Вимірювання
Корозійне розтріскування	Критичне статичне напруження	Па	Механічне випробовування з прикладанням до зразків заданих статичних напружень
	Час до руйнування	год, доб
Корозійна втома	Критичне динамічне напруження	Па	Механічні випробовування з прикладанням до зразків заданих динамічних напружень
	Кількість циклів до руйнування	-
Всі види корозії	Зміна зовнішнього виду		-
	Зміна механічних властивостей	%	Визначення відповідних властивостей металу до і після корозійних випробовувань
	Зміна перехідного опору
	Зміна теплових властивостей
	Зміна оптичних властивостей
	Зміна електропровідності

Показники рівномірної поверхневої корозії. Розраховується втрата маси на одиницю площі поверхні (Рт):

де т - маса зразка до випробування;

m1 - маса зразка після випробування і видалення продуктів корозії;

S - площа поверхні зразка.

Зразок до і після випробування зважують з похибкою не більше 0,010 г для зразків масою понад 200 м.

Розміри зразка вимірюють з похибкою не більше 0,1 мм, а площа поверхні обчислюють з точністю 0,1 см2.

Зменшення розмірів Lr, мкм, визначають прямим вимірюванням зменшення певного розміру зразка або обчислюють за формулами (2), (3), мм:

де с - щільність металу, г/см3.

Пряме вимірювання зменшення розмірів рекомендують використовувати при оцінці результатів корозійних випробувань великих зразків або зразків зі складною геометричною формою поверхні.

Допускається застосовувати неруйнівні методи контролю. При визначенні зменшення розмірів розрахунковим шляхом, необхідно враховувати спосіб впливу корозійного середовища - односторонній або двосторонній.

Показники нерівномірної поверхневої корозії. Місцеву глибину проникнення корозії Ln визначають такими способами:

- мікроскопічно на металографічному шліфі при розмірному збільшенні;

- послідовним механічним видаленням шарів металу заданої товщини, наприклад по 0,01 мм, і спостереженням за зникненням окремих корозійних виразок;

- мікроскопічно шляхом вимірювання відстані між краєм і дном корозійної виразки (у випадках, коли глибина корозійних виразок менше, ніж довжина відкритої поверхні і зменшення розмірів поза областю корозійних виразок не значимо);

- вимірюванням відстані між краєм і дном корозійної виразки механічним індикатором з пересувним, голчастим контактом (у випадках коли розміри корозійних виразок дозволяють здійснювати вільне проникнення голчастого контакту до дна виразки і зменшення розмірів поза областю корозійних виразок не значимо). Середню глибину проникнення корозії (Lncp) визначають розрахунковим шляхом як середнє арифметичне значення результатів не менше двадцяти вимірювань місцевої глибини проникнення корозії. Максимальну глибину проникнення корозії (Lnмакс) визначають за значеннями результатів не менше двадцяти вимірювань місцевої глибини проникнення корозії. При неможливості проведення двадцяти вимірювань допускається менше число вимірювань. Ймовірну екстремальну глибину проникнення корозії (Lnекс) визначають розрахунковим шляхом із застосуванням статистики екстремальних значень. Коефіцієнт нерівномірності корозії (і):

Ступінь ураження поверхні корозією X визначають за ГОСТ 9.308-85, враховуючи місце поверхні, ураженої іржею, поверхня з проявами корозії. Кількість квадратів з проявами корозії виражають у відсотках від загальної кількості квадратів на всій площі поверхні зразка.

Визначення показників структурної корозії. Глибину проникнення міжкристалічної пошарової корозії та корозійних тріщин (Ln) визначають мікроскопічно на металографічному шліфі при співрозмірному збільшенні.

Відносну довжину торців розшарувань (Lpоc) визначають шляхом вимірювання сумарної довжини торців розшарування і віднесення її до периметру зразка.

Визначення показників корозійного розтріскування. Критичне статичне напруження (уст) визначають шляхом прикладання до зразків протягом фіксованого часу заданих статичних розтягуючих напружень.

Час до утворення тріщин або руйнування зразка (фr) визначають шляхом прикладання до зразків статичного розтягуючого напруження.

Визначення показників корозійної втоми. Критичне динамічне напруження (уд) визначають шляхом прикладання до зразків заданих динамічних напружень (певної кількості циклів.

Кількість циклів до руйнування зразка (n) визначають шляхом прикладання до зразків динамічного напруження.

Визначення загальних показників корозії. Визначення якості поверхні зразка проводять візуально за ГОСТ 9.302-8. Для оцінки рекомендується застосовувати ряд порівняльних еталонів.

Зміни механічних властивостей металів визначають за методами, встановленими стандартами для визначення відповідних механічних властивостей досліджуваного металу. При цьому значення механічної характеристики металу, не пошкодженого корозією, відповідає 100 %. Механічні властивості при розтягуванні визначають за ГОСТ 11701-84.

Зміни електричної провідності, перехідного опору,теплових і оптичних властивостей та інших фізичних характеристик визначають за методами, встановленими в стандартах на метали. Зміни даних властивостей виражають у відсотках, при цьому значення властивостей металу докорозійного випробування відповідає 100 %.

Метод визначення залежності показників корозії від часу і швидкості корозії. Залежність показників корозії від часу виражають відношенням регресії, яке обчислено не менше ніж за чотирма значеннями показника, визначеним у необхідні терміни. Точність відношення регресії виражають довірчими межами ймовірності. Рекомендується вибирати довірчу ймовірність 0,90.

Показники швидкості корозії визначають шляхом обчислення першої похідної монотонної частини відношення регресії. Для кожного значення швидкості приводять час, для якого похідна відношення регресії була обчислена. корозія ржавіння контактний інгібітор

Екстраполяція відношення регресії залежності показників корозії від часу для оцінки довгострокового протікання корозії допускається тільки при експлуатаційних випробуваннях у природних умовах і лабораторних моделюючих випробуваннях, якщо з даних про кінетику корозії очевидно, що відношення регресії в цьому проміжку часу не змінюється.

У протоколі оцінки результатів корозійного випробування повинні бути зазначені такі дані:

- специфікація показників, які оцінюють корозію, а в разі приймальних випробувань - значення їх граничних відхилень;

- опис і точність використаних методів вимірювання показників корозії;

- число вимірювань (при визначенні показників нерівномірної поверхневої корозії);

- зведення результатів вимірювань та їх обробка;

- технічні висновки за результатами оцінки.



2. Методики дослідження захисних властивостей контактних інгібіторів корозії

При вивченні захисних властивостей інгібіторів і розробці технологій їх застосування проводять серії випробувань в різних умовах:

· прискорені лабораторні на зразках в ексикаторах, корозійній камері і в об'ємі електроліту (рис. 2);

· лабораторно-стендові (циклічні з перепадом температур до 100 °С, в агресивних середовищах SO2, H2S і т. д.) на зразках і деталях малих геометричних розмірів (рис. 2);

· прискорені кліматичні на зразках і деталях в кліматичній камері (рис. 3);

· натурні кліматичні на зразках, деталях, складальних одиницях, агрегатах і машинах на кліматичних випробувальних станціях (рис 4...7).

Рис. 2. Обладнання для проведення лабораторних корозійних досліджень: а - ексікатор; б - термовологокамера



Рис. 3. Кліматична камера для проведення прискорених кліматичних корозійних досліджень

Рис. 4. Натуральні дослідження зразків на кліматичних дослідних станціях

Рис. 5. Натуральні дослідження деталей і збірних одиниць на кліматичних дослідних станціях



Рис. 6. Натуральні дослідження збірних одиниць і агрегатів на кліматичних дослідних станціях

Рис. 7. Натуральні дослідження машин на кліматичних дослідних станціях

Складність і багатофакторність корозійних процесів визначає і складність всього циклу досліджень і випробувань, пов'язаних з розробкою і впровадженням інгібіторів. Практика показує, що не може існувати одного або декількох інгібіторів, придатних для всіх випадків. Навпаки кожен конкретний випадок вимагає застосування спеціального інгібітору, розробленого для даних специфічних умов. Метою лабораторних досліджень є всебічне вивчення властивостей контактних ІК стосовно до заданих умов і виявлення за допомогою експрес-методів найбільш ефективних з них для подальших натурних випробувань. Стадія лабораторних досліджень включає ряд послідовних етапів:

- визначення ефективності захисної дії електрохімічними методами;

- вимірювання швидкості корозії і ефективності дії інгібіторів гравіметричним і аналіттичними методами;

- отримання порівняльної оцінки здатності інгібіторів захищати вироби від атмосферної корозії.

Будь який з етапів може включати, один або кілька методів. Розглянемо окремо кожен з методів випробувань інгібіторів.

2.1 Методика електрохімічних досліджень

Електрохімічні методи визначення швидкості корозії засновані на результатах поляризаційних вимірювань, які одержуються найчастіше за допомогою потенціостатів або різного роду корозиметрів. Перевага цих методів проявляється в можливості оцінити механізм процесів.

Їх недоліком є не повна адекватність одержаних результатів і теоретичних уявлень, які використовуються при їх інтерпритації, які не завжди можуть врахувати всю складність явищ, що відбуваються на поверхні.

До теперішнього часу більшість методів оцінки параметрів корозійного процесу побудовано на аналізі кінетичного рівняння:

де ba i bk - відповідно анодна і катодна постіна Тафеля;

ДЕ=Е-Екор - поляризація електрода, яка вимірюється від потенціала корозії (Екор).

Метод екстраполяції. Класичним методом аналізу поляризаційних кривих є метод екстраполяції. На рис. 8 схематично показані анодні і катодні поляризаційні криві в середовищі з інгібітором корозії і без нього. У напівлогарифмічних координатах ці криві при достатньому віддаленні від потенціалу корозії перетворюються на прямі. Екстраполяція прямолінійних ділянок анодної або катодного поляризаційної кривої на стаціонарний потенціал дозволяють визначити густину струму корозії (ікор А/м2) і розрахувати її швидкість (К, г/м2год):

де А - атомна маса металу (55,85 для заліза);

n - валентність металу (2 для заліза);

F - постійна Фарадея, А год/г-екв

Порівняння величин струму корозії в присутності інгібітора (іuкор)? і без нього (ікор) дає можливість розрахувати захисний ефект (Z, %) і коефіцієнт захисту (г):

Рис. 8. Анодні і катодні поляризаційні криві з інгібітором і без інгібітора корозії



Нахил прямолінійних ділянок поляризаційних кривих пов'язаний зі ступенем поляризації відповідно анодної або катодної складових корозійного процесу, дозволяє розрахувати константи Тафеля і з'ясувати характер гальмуючої дії інгібітора по виду контролю (катодний, анодний, змішаний) і визначити його ступінь.

Випробування, пов'язані з отриманням поляризаційних кривих, проводять згідно з інструкцією до потенціостата. Як середовище для випробувань використовуються електроліт (наприклад, пластова вода або 3 % розчин NaCl + 250 мг/л СН3СООН) з розчиненими в них досліджуваними агресивними газами або суміші електроліт - рідкий вуглеводень (вуглеводневий конденсат, гас).

Послідовне випробування зразка в розчині з інгібітором і без нього (після витримки в інгібованому розчині) дозволяє оцінити ефект післядії інгібітору.

Недоліком методу екстраполяції є необхідність значної поляризації електрода ( ~ ± 0,5...1,5 В) задля того, щоб могли виразно виявитися Тафелеві ділянки на кривих. Це і визначає обмеження методам які пов'язані, з можливими необоротними змінами електродної системи, що приводять до безповоротності і гістерезису кривих потенціал-струм.

Для оцінки впливу інгібітора окремо на катодний або анодний процес можна використовувати поляризацію електрода в відповідному напрямку на деяку постійну величину, наприклад в діапазоні 5...30/мВ. При обраному зміщенню потенціала від стаціонарного значення визначають значення струму. Такі визначення виконують для чистого і інгібованого розчину або з обох пар поляризаційних кривих, або (що преорітетніше через менший вплив на електрод) безпосереднє вимірювання значення струму при відповідному зміщенні потенціалу.

Метод поляризаційного опору. Цей метод часто співвідносять з іменами Стерна і Гірі, які зробили найбільший вклад в його розвиток. Він заснований на припущенні про те, що зв'язок між потенціалом і накладеним струмом при потенціалі близькому до потенціалу корозії не відповідає рівнянням (5 ), а є лінійною. Вказане припущення призводить до простого співвідношення між струмом корозії і поляризаційним опором (Rp):

де

постіна, яка залежить від констант Тафеля

Дослідження проводили в трьохелектродному електрохімічному осередку із скла «Пірекс» з розділеними шліфом анодним і катодним просторами. Використовували електрохімічний вимірювальний комплекс фірми Solartron (Великобританія), що складається з аналізатора імпедансу SI 1255 і потенціостата SI 1287 (рис. 9.).

Рис. 9. Електрохімічний вимірювальний комплекс фірми Solartron (Великобританія)

Робочий електрод - вуглецева сталь Ст.3 (склад, %: Fe - 98,36; С - 0,2; Мn - 0,5; Si - 0,15; Р - 0,04: S - 0,05; Сr - 0,3; Ni - 0,2; Сі - 0,2) (Sел, = 0,14 см2), армована в оправлення з епоксидної смоли ЕД-5 з затверджувачем поліетиленполіаміном. Зразки полірували до 6 класу чистоти і знежирювали послідовно ацетоном і спиртом.

2.2 Гравіметричний метод

Для оцінки захисної ефективності інгібіторів найчастіше використовують гравіметричний метод визначення швидкості коррозії металів, доповнюючи його тестуванням зразків на які тим чи іншим способом нанесений досліджуваний інгібітор Ступінь захисту інгібітора обчислюють шляхом співставлення експериментальних даних отриманих на неінгібованих та інгібованих зразках [5].

Гравіметричний метод застосовують за двома варіантами: визначають збільшення маси зразка внаслідок утворення продуктів корозії на його поверхні; визначають втрату маси після видалення продуктів корозії. Другий варіант більш поширений із-за його універсальності.

Швидкість корозії в першому варіанті обчислюють за формулою:

де Vзм - швидкість корозії зразка, яка визначається по збільшенню його маси, г/(м2·год);

m0 - маса вихідного зразка, г;

m1 - маса зразка з продуктами корозії, г;

t - тривалість дослідження, год;

n - коефіцієнт, який залежить від складу продуктів корозії.

Швидкість корозії в другому варіанті вираховують за формулою:

де Vзм - швидкість корозії зразка, яка визначається по втраті його маси, г/(м2·год);

m1 - маса зразка після видалення продуктів корозії, г;

По втраті маси зразків можна оцінити корозійну стійкість в балах, припускаючи, що метал руйнується рівномірно.

Захисна дія інгібіторів (Z, %) визначають за втратою маси контрольних зразків у відсутності і в присутності інгібіторів корозії і розраховують за формулою:

де К - швидкість корозії при відсутності інгібітора, г/(м2·год);

Кn - швидкість корозії в присутності інгібітора, г/(м2·год).

Захисний ефект (г) визначається як співвідношення:



Висновки

1. Аналіз засобів захисту від корозії та зносу виявив низьку їх ефективність і дефіцитність вітчизняних і надмірно високу вартість імпортних матеріалів.

Внаслідок несправностей, викликаних корозійним враженням при зберіганні зростають простої машин, підвищується трудомісткість їх обслуговування.

2. Розроблено концепцію створення засобів захисту від корозії і зносу, сутність якої полягає у здатності дифільних молекул за рахунок адсорбції знижувати поверхневу енергію на межі розділу фаз. У процесі адсорбції молекул довжиною 3 нм на поверхні утворюється мономолекулярний шар, завдяки якому поверхня набуває антикорозійних, антиадгезійних, гідрофобних, протизносних та інших властивостей.

3. Експериментально встановлено оптимальні концентрації інгібіторів у розчині. Порівняльні випробування з консерваційними маслами вітчизняного виробництва (АКОР-1, К-17, КРМ, РЖ) і зарубіжного (PREVOX 6764, ANTICORIT 611/36, RHOBACORR RC-80; ISOTECT 377) підтвердили більш високу захисну здатність композиції боратів етаноламідов карбонових кислот з маслом И-20А. Випробування на стійкість до дії цвілевих грибів і бактерій показали, що отримані сполуки володіють фунгіцидними і антисептичними властивостями.

4. Сукупність результатів проведених досліджень дозволила створити технологічні регламенти та технічні умови для виробництва високоефективних засобів захисту від корозії та зносу з доступної вітчизняної сировини.

5. Розрахований на основі експериментальних даних показник технічної ефективності дозволяє зробити висновок про більш ефективний захист СГТ від корозійного руйнування. Показник економічної ефективності склав 1,1 за рахунок меншої витрати захисних засобів на одиницю поверхні, що захищається і відсутності необхідності підігріву масла при приготуванні суміші.



Список використаної літератури

1. Риженков О.А. Обґрунтування заходів протикорозійного захисту сталевих конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць / НУВГтаП. - Рівне: НУВГтаП, 2008. - Вип. 16. - Ч. 2. - С. 226-233.

2. Королев В.П. Проблема обеспечения технологической безопасности газоотводящего ствола ОАО «Донецккокс»/ Королев В.П., Рыженков А.А., Гибаленко А.Н., Линник И.И. // Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Макіївка: ДонДАБА, 2002. - Вип. 2002-2 (33). - С. 242-246.

3. Королев В.П. Основные проблемы и требования обеспечения качества противокоррозионной защиты при сертификации металлоконструкций/ Королев В.П., Рыженков А.А., Пожарская Г.А. // Международная конференция «Теория и практика металлических конструкцій» (г.г. Донецк-Макеевка, 2-4 декабря 1997г.): Сб. трудов. - Т. 2. - Донецк-Макеевка: 1997. - С. 92-95.

4. Королев В. Обеспечение гарантированной долговечности противокоррозионной защиты металоконструкций на стадии изготовления/ Королев В., Рыженков А., Зинькевич О., Черных И.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - № 4. - Т. 1. - С. 322-328.

5. Похмурський В.І. Наукове супроводження моніторингу протикорозійного захисту та корозійного руйнування металевих конструкцій будівель та споруд/ Похмурський В.І., Коновалов О.Ф., Корольов В.П. Риженков О.А. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - № 5. - С. 619-624.

6. Шимановский А.В. Совершенствование нормативной базы противокоррозионной защиты строительных конструкций с учетом требований технологической безопасности./ Шимановский А.В., Королев В.П., Рыженков А.А. / Междунар. научно-практ. конф. “Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве” // Тез. докл. - М.: ВВЦ, 2005. - С. 93-94.

7. Королев В.П. Особенности расчета металлоконструкций транспортерных галерей на коррозионную стойкость и долговечность/ Королев В.П., Рыженков А.А., Галактионов А.В., Сулима Ю.Г. // Метал. конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докл. VIII Укр. науч.-техн. конф. - Ч. ІІ. - К.: Изд-во «Сталь», 2004. - С. 299-306.

8. Рыженков А.А. Требования технологической безопасности при формировании региональной составляющей программы «Ресурс»/ Рыженков А.А., Шевченко О.Н., Баландин М.С. // Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Матер. межд. научн.-практ конф. (г.г. Донецк-Авдеевка, 23-27 мая 2006 г.). - Донецк: ДонНТУ, 2006. - С. 293-295.

9. Риженков О.А. Методологічні засади формування вимог до протикорозійного захисту металевих конструкцій при проектуванні та виготовленні/ Риженков О.А., Суярко В.А. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - № 5. - С. 414-419.

10. Королёв В.П. Менеджмент качества противокоррозионной защиты металлических конструкций/ Королёв В.П., Рыженков А.А.// Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку: Зб. доповідей V Міжнар. наук.-техн. конф. - К.: Вид-во «Сталь», 2006. - С. 257-263.

11. Королёв В.П. Требуется защита/ Королёв В.П., Рыженков А.А.// Металл. - 2006. - 9 (81).- С. 32-37.

12. V.Korolov. Monitoring of steel structure corrosion state/ V.Korolov, Y.Vysotskyy, A.Ryzhenkov// EUROCORR-2007: The European Corrosion congress. Book Of Abstracts. - Freiburg im Breisgau, Germany, 2007. - Р. 276.

13. Корольов В.П. Корозійні впливи та нормативні вимоги щодо захисту будівельних металоконструкцій від корозії/ Корольов В.П., О. Риженков О.А., Гібаленко О.М.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2008. - № 7. - С. 710-715.

14. Рыженков А.А. Методика расчетно-экспериментальной оценки коэффициента готовности стальных конструкций/ Рыженков А.А., Магунова Н.Г.// Металеві конструкції: сьогодення та перспективі розвитку: Тези доповідей ІХ Укр. наук.-техн. конф. - К.: Вид-во «Сталь», 2008. - С. 122-125.

15. Мосийчук В.В. Современные транспортные системы/ Мосийчук В.В., Рабичев А.И., Лотоцкий О.Б., Рыженков А.А.// Промислове будівництво та інженерні споруди. - 2008. - №2. - С. 2-5.

16.Петрашев А.И. Защита от атмосферной коррозии отработанными маслами, ингибированными продуктами их очистки. Сообщение 5. Технологии получения и применения продуктов очистки отработанных моторных масел [Текст] / А.И. Петрашев, В.Д. Прохоренков, Л.Г. Князева // Практика противокоррозионной защиты. - 2006. - № 3 (41). - С. 38-43. - ISSN 1998-5738.

17.Методика расчета потребности и нормы расхода консервационных материалов для защиты от коррозии сельскохозяйственной техники в нерабочий период [Текст] / А.Э. Северный, В.Д. Прохоренков, А.И. Петрашев [и др.] - М.: ГОСНИТИ, 1986. - 25 с.

18.Гайдар C.М. Средства защиты военной автомобильной техники от атмосферной коррозии с применением однокомпонентного маслорастворимого ингибитора [Текст]: дис. ... канд. техн.наук: 20.02.07; 20.02.19/ Гайдар Сергей Михайлович. - Бронницы, 2007. - 235с.

19.Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов [Текст]: учеб. пособие для» вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Крушин - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. - 416 с.

Размещено на Allbest.ru

...