Методи і засоби захисту від корозії систем рідинного охолодження радіоелектронної апаратури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”

Спеціальність 05.17.14 - Хімічний опір матеріалів та захист від корозії

УДК 620.197.3.6

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Методи і засоби захисту від корозії систем рідинного охолодження радіоелектронної апаратури

Базелева Наталія

Анатоліївна

Київ - 2008

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Державному підприємстві „Науково-дослідний інститут „Шторм” Міністерства промислової політики України

Науковий консультант: доктор технічних наук, с.н.с. Герасименко Юрій Степанович Національний технічний університет України „КПІ” кафедра технології електрохімічних виробництв, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Поляков Сергій Георгійович Інститут електрозварювання імені Є.О. Патона НАН України, завідувач лабораторії корозії доктор технічних наук, професор Соколов Олександр Дмитрович Одеська національна академія харчових технологій, професор кафедри фізики і матеріалознавства доктор технічних наук, с.н.с. Зінь Іван Миколайович Фізико-механічний інститут імені Г.В. Карпенка НАН України, провідний науковий співробітник

Захист дисертації відбудеться „ 10” грудня 2008 р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.13 при Національному технічному університеті України

„Київський політехнічний інститут ” за адресою: 03056, Київ-56, пр. Перемоги, 37, корпус №4, велика хімічна аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету

України „Київський політехнічний інститут ”.

Автореферат розісланий „ 1”листопада 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент Мотронюк Т.І.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Сучасна апаратура радіолокаційних станцій характеризується великою густиною розсіювальної потужності та теплових потоків у теплонавантажених зонах апаратури. Стійкої роботи радіоелектронної апаратури (РЕА) досягають, створюючи необхідний температурний режим з допомогою рідинних систем охолодження (РСО), в яких як теплоносії використовуються, здебільш, водні розчини етиленгліколю.

Основними факторами виникнення відмов і зниження ресурсу РСО РЕА є корозія поліметалевого рідинного тракту, який містить мідь, алюмінієві сплави, нержавну сталь, і пов'язаний з корозією процес утворення відкладень на теплонавантажених поверхнях РЕА. Загалом, розвиток корозійних процесів призводить до змін робочих характеристик складових частин РСО (збільшення гідравлічного опору, втрата герметичності), фізико-хімічних властивостей теплоносія (збагачення продуктами корозійно-механічного зносу конструкційних матеріалів, зниження рН, питомого електричного опору) перегріву і неможливості функціонування РЕА.

Інгібовані водно-етиленгліколеві теплоносії (антифриз 65, тосол), забезпечуючи достатню корозійну тривкість рідинних трактів, утворюють відкладення в теплонавантажених каналах РЕА, що робить неефективним її охолодження. Тому в РСО РЕА використовують іонообмінне очищення теплоносія, засноване на вилученні продуктів корозії конструкційних матеріалів, особливо корозивних стосовно алюмінієвих сплавів продуктів окиснення міді, що потрапляють у теплоносій внаслідок корозії каналів охолодження РЕА. В умовах іонообмінного очищення гальмуються корозійні процеси, стабілізуються фізико-хімічні властивості теплоносія, мінімізуються відкладення. Однак іонообмінний метод потребує удосконалення, оскільки використовувані іонообмінні матеріали (катіоніт КУ-2-8 чС та аніоніт АВ-17-8 чС), які мають гелеву структуру, характеризуються низькими показниками їх іонообмінних властивостей, а також неповним вилученням з теплоносія продуктів корозії міді. Тому удосконалення іонообмінного методу з допомогою матеріалів, що ефективно поглинають продукти окиснення міді, є актуальним.

Необхідність підвищення ресурсу і довговічності РСО РЕА потребує розши-рення спектру протикорозійних заходів шляхом комбінування сумісних методів протикорозійного захисту, заснованих на зниженні корозивності теплоносія іонообмінним очищенням і знекисненням, а також захисті елементів рідинного тракту, виготовлених з алюмінієвих сплавів, полімерними покриттями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що лежать в основі дисертації, виконані згідно з комплексними цільовими програмами, планами стандартизації МРП СРСР і Мінпромполітики України і тематичними планами Державного підприємства “НДІ “Шторм”. Результати роботи відображені у науково-технічних звітах за темами: “Исследование эффективных способов и совершенствование систем обеспечения тепловых режимов перспек-тивных радиотехнических комплексов. Исследование путей повышения надежности СОТР СВЧ-приборов за счет повышения их коррозионной стойкости” (1985-1987 рр.) (№ ДР Ф18383); “Исследование и отработка схемно-технических и конструктивно-технологических решений по совершенствованию систем обеспечения тепловых режимов аппаратуры перспективных радиотехнических комплексов. Исследование способов и средств, повышающих коррозионную стойкость составных частей жидкостных УО” (1987-1990 рр.) (№ ДР Ф28361); “Разработка нового поколения высоконадежных составных частей для систем обеспечения тепловых режимов РЭА. Коррозионная стойкость составных частей жидкостных СОТР” (1988-1990 рр.) (№ ДР Ф28363); “Исследование коррозионной стойкости каналов жидкостного охлаждения перспективных метеодиспетчерских комплексов и разработка рекомендаций по их противокоррозионной защите” (1989-1991 рр.) (№ ДР Ф36396); "Розробка системи повітряно-рідинного охолодження випромінювача" (2002 р.) (№ ДР 0102U006142).

У вищевказаних роботах (за винятком останньої) автор був відповідальним виконавцем.

Мета і задачі дослідження. Мета - на основі комплексного визначення закономірностей корозійних процесів, що протікають у рідинних трактах систем охолодження радіоелектронної апаратури, розробити ефективний комбінований метод зменшення корозивності водно-етиленгліколевого теплоносія, заснований на іонообмінному виведенні продуктів корозії і знекисненні, а також обґрунтувати застосування полімерних покриттів для захисту від корозії елементів систем охолодження, виготовлених з алюмінієвих сплавів.

Для досягнення мети необхідно було вирішити наступні завдання:

1. Дослідити корозійно-електрохімічну поведінку конструкційних матеріалів у водно-етиленгліколевих середовищах в умовах, властивих рідинним трактам систем охолодження РЕА, і на цій основі виявити закономірності розвитку корозійних процесів та обґрунтувати оптимальні параметри корозивності теплоносія (питомий електричний опір та концентрація розчиненого кисню).

2. Дослідити іонообмінне вилучення продуктів корозії іонітами макро-пористої структури і обґрунтувати доцільність удосконалення іонообмінного методу зменшення корозивності водно-етиленгліколевого теплоносія шляхом заміни іонітів гелевої структури їх макропористими аналогами. Визначити оптимальні параметри процесу іонообмінного вилучення продуктів корозії, що утворюються у водно-етиленгліколевому теплоносії, та узагальнити уявлення про їх фізико-хімічну природу.

3. Вивчити поглинання кисню з водно-етиленгліколевого теплоносія редокси-тами, визначити їх хімічну та температурну тривкість, механічну міцність і на цій основі розробити метод знекиснення для систем охолодження РЕА.

4. Вивчити особливості захисної дії полімерних покриттів у водно-етиленгліколевому розчині і на цій основі обґрунтувати вибір та доцільність використання покриттів як засобів захисту від корозії елементів РСО РЕА, виготовлених з алюмінієвих сплавів.

5. Випробувати розроблені засоби захисту від корозії, розробити і внести зміни у нормативно-технічну документацію на вироби (технічні умови, галузевий стандарт).

Об'єкт дослідження: рідинні тракти систем охолодження радіоелектронної апаратури.

Предмет дослідження: процеси корозійно-електрохімічної взаємодії кон-струкційних матеріалів (алюмінієві сплави АМг3 і АМц, мідь М1, сталь 12Х18Н9Т, титан ВТ1-0) з водно-етиленгліколевими розчинами, іонообмінного очищення теплоносія від продуктів корозії, поглинання з теплоносія кисню редокситами; корозійна тривкість системи “алюмінієвий сплав - полімерні покриття” у водно-етиленгліколевому розчині.

Методи дослідження: в роботі використано електрохімічні методи (потенціометричні та потенціодинамічні поляризаційні виміри на металах, кулонометричні виміри концентрації розчиненого кисню), масометричний метод визначення корозійних втрат, фотоколориметричні методи аналізу корозійних середовищ, газометричний метод вимірювання поглинутого редокситами кисню, ІЧ-спектроскопічний метод дослідження продуктів корозії та іонітів, растрова електронна мікроскопія (РЕМ) поверхонь іонітів, резистометричний метод вимірювання підплівкової корозії, математичне планування експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Встановлено, що у водно-етиленгліколевих розчинах алюмінієвий сплав АМг3 на початковій стадії кородує в умовах катодного контролю з кисневою деполяризацією, яка зменшується зі збільшенням концентрації етиленгліколю і зниженням температури внаслідок росту в'язкості розчинів; після 150…200 год корозія згасає і етиленгліколь гальмує розчинення сплаву при концентрації більшій за 40 %, що обумовлено утворенням малорозчинних поверхневих сполук алюмінію з етиленгліколем і продуктами його окиснення.

2. Встановлено, що мідь М1 у водно-етиленгліколевих розчинах кородує в умовах кінетичного контролю відновлення розчиненого кисню і швидкість її корозії зростає з підвищенням температури і зменшується зі збільшенням концентрації етиленгліколю в розчині, але вплив температури на швидкість кородування є домінуючим внаслідок утворення розчинних комплексів міді з етиленгліколем і продуктами його окиснення.

3. В неізотермічних умовах швидкість корозії міді збільшується з ростом густини теплового потоку і зменшенням швидкості руху розчину внаслідок підвищення температури її поверхні та турбулізації теплоносія в граничному шарі, що спричиняє неоднорідність температури і зниження захисних властивостей плівок продуктів корозії та узгоджується з виявленим зменшенням на порядок енергії активації розчинення міді при температурах поверхні вищих за 80 оС.

4. Титан ВТ1-0 і сталь 12Х18Н9Т в водно-елитенгліколевому теплоносії кородують в умовах анодного контролю в пасивному стані, що зумовлює їх високу корозійну стійкість. Встановлено, що щавлева кислота, яка утворюється в водно-етиленгліколевому теплоносії при його окисненні, зменшує корозійну стійкість титану тільки за концентрації більше 0,1 % і підвищених температур (50…80 оС), що зумовлено зменшенням катодної поляризації і зростанням густин струмів пасивації внаслідок утворення розчинних комплексів титану з оксалат-аніонами.

5. Встановлено, що фільтром змішаної дії з оптимальним складом іонітів макропористої структури - катіоніта КУ-23ч і аніоніта АВ-17-10Пч, на відміну від їх гелевих аналогів, забезпечується повне вилучення з водно-етиленгліколевого теплоносія різнолігандних комплексних продуктів корозії міді та поліпшується поглинання малорозчинних продуктів корозії алюмінію завдяки утворенню в процесі обмінних реакцій аніонних комплексів, які сорбуються аніонітом, і більшій доступності іонообмінних груп у полімерній матриці макропористих іонітів.

6. Встановлено, що в умовах іонообмінного очищення водно-етиленгліколевого теплоносія завдяки ефективному поглинанню продуктiв корозії макропористим фільтром змішаної у поліметалевому тракті досягається висока корозійна тривкість теплообмінної апаратури, виготовленої з алюмінієвих сплавів, що зумовлено відсутністю в теплоносії корозивних сполук міді, які відновлюються на поверхні алюмінієвих сплавів, спричиняючи корозійні пошкодження. В цих умовах найбільш кородує теплонавантажена мідь, оскільки швидкість кородування обумовлюється наявністю розчиненого кисню та температурою поверхні в залежності від густини теплового потоку і швидкості руху розчину.

7. Встановлено, що ефективний захист міді від корозії знекисненням водно-етиленгліколевого теплоносія зумовлений гальмуванням не тільки реакції катодної деполяризації (відновлення молекулярного кисню), а й інших реакцій за участі розчиненого кисню: окиснення етиленгліколю та низьковалентних іонів міді Cu+ до іонів стійкої валентності Cu 2+, які стимулюють корозію міді, відновлюючись на її поверхні та утворюючи розчинні комплекси з етиленгліколем і продуктами його окиснення.

8. На основi вивчення поглинання розчиненого кисню редокситами, їх хімічної стійкості, термічної і механічної міцності для знекиснення водно-етиленгліколевого теплоносія обґрунтовано використання редокситу ЭИ-21 50 СНУ. Виявлено, що поглинання кисню лімітується внутрішньою його дифузією у фазі редокситу через двошарову плівку оксидів Cu (І) і Cu (ІІ); при підвищенні температури практично повністю реалізується окиснювально-відновна ємність редокситу, що зумовлено збільшенням коефіцієнту дифузії і швидкості відновлення кисню.

9. Встановлено, що у водно-етиленгліколевому розчинi захисні властивості полімерних покриттів, одержаних з емалі ВЛ-515 і фторопластової суспензії Ф-2МСД, зумовлені комплексом фізико-хімічних властивостей: високою хімічною тривкістю; низькою дифузійною проникністю покриттів для розчину і продуктів окиснення металів; гальмуванням катодних і анодних процесів; міцним адгезійним зчепленням покрить з підложкою. Доведено, що низькі параметри масоперенесення зумовлені значною в'язкiстю розчину, утворенням асоціатів води з етиленгліколем і сольватованою формою дифундуючих іонів.

10. Встановлено, що під емалевим покриттям глибина корозії алюмінію зростає в умовах підвищених температур і руху розчину внаслідок полегшення його дифузії крізь плівки, але з часом корозія згасає за рахунок набрякання плівок і перекриття пор та утворення підплівкового шару продуктів корозії, який не послаблює адгезії покриття до алюмінію. Фторопластове покриття має перевагу, оскільки пiдплiвкова корозія на початковій стадії і в часі не розвивається завдяки його кращим бар'єрним властивостям у порівнянні з емалевим покриттям.

Практичне значення одержаних результатів. Вирішена проблема підвищення корозійної тривкості поліметалевих РСО РЕА з допомогою високоефектив-них методів захисту від корозії з теоретично і експериментально обґрунтованими параметрами.

Використання розроблених методів протикорозійного захисту в системах охолодження збільшило ресурс роботи теплообмінної апаратури більш ніж втричі і газових лазерів - більш ніж у 10 разів.

На фільтр змішаної дії макропористий (патент України UA 10411U) розроблені технічні умови, які введені у конструкторську документацію на іонообмінні фільтри і стандарт “Фильтры ионообменные для систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры. Основные параметры и размеры”.

Розроблені технічні умови на обладнання для знекиснення, іонообмінного очищення і заправляння теплоносія в РСО РЕА (патент України UA 10591U).

Полімерні покриття, одержанні з емалі ВЛ-515 і фторопластової суспензії Ф-2МСД, введені у конструкторську документацію на вироби і використовують для захисту внутрішніх поверхонь трубопроводів, ємностей для теплоносія, насосів і іонообмінних фільтрів.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати роботи ґрунтуються на дослідженнях, виконаних безпосередньо автором. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належать: ідеї та постановка задач; розробка методологічних підходів; виконання більшості досліджень та інтерпретація їх результатів; теоретичні узагальнення.

Обговорення одержаних результатів та узагальнення висновків роботи виконано разом з науковим консультантом д.т.н. Ю. С. Герасименком.

Всі основні положення дисертації, наукові результати і висновки, винесені на захист, розроблені і сформульовані здобувачем особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати апробовані на Міжнародних конференціях: YI Всесоюзній конференції “Применение ионообменных материалов в промышленности и аналитической химии” (Вороніж, 1986 р.); Міжнародній конференції “Прогрессивные технологи в машиностроении” (Одеса, 2000 р); Міжнародних науково-практичних конференціях “Современные информационные и электронные технологии” (Одеса, 2000, 2001, 2002, 2003, 2005 рр.); XXI, XXII, XXV, XXVII Міжнародних науково-практичних конференціях “Композиционные материалы в промышленности” (Ялта, 2001, 2002, 2005 і 2007 рр.); ХІІІ Міжнародній конференції “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики” (Ялта, 2005 р.); Міжнародних конференціях-виставках “Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів” (Львів: “Корозія - 2004”, “Корозія - 2006”).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 39 наукових праць, з яких 22 статті у фахових виданнях ВАК України та іноземних журналах, одержано три патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку використаної літератури (440 посилань) та додатку. Загальний обсяг 398 сторінок, у тому числі 55 таблиць, 105 рисунків, додаток надрукований на 3 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено загальну оцінку проблеми корозії рідинних трактів систем охолодження радіоелектронної апаратури, обґрунтовано актуальність удосконален-ня існуючих і розробки нових методів захисту від корозії, сформульовані мета і задачі роботи, охарактеризовані її наукова новизна та практична цінність.

У першому розділі розглянуто основні групи факторів (конструктивно-технологічні, експлуатаційні, фізико-хімічні), їх сукупний вплив на тенденції розвитку корозійних процесів і супроводжувальні ефекти (збагачення теплоносія продуктами корозійного зношування конструкційних матеріалів, корозійні пошкодження, утво-рення відкладень) у рідинних трактах систем охолодження радіоелектронної апаратури.

Розглянуто закономірності і особливості корозії металів у водних і змішаних водно-спиртових середовищах. Проаналізовані існуючі методи протикорозійного захисту систем охолодження (інгібітори корозії, оксидні покриття на алюмінієвих сплавах, іонообмінне очищення теплоносіїв), у результаті чого для дослідження і розробки запропоновано комбінований метод, заснований на зменшенні корозив-ності теплоносія іонообмінним очищенням і знекисненням, і для захисту алюмінієвих сплавів - полімерні покриття. Обґрунтована необхідність комплексного дослідження корозійних процесів у рідинних трактах систем охолодження РЕА, щоб визначити оптимальні параметри корозивності теплоносія (питомого електричного опору і концентрації розчиненого кисню). Показано, що іонообмінний метод доцільно удосконалити з допомогою іонітів макропористої структури і метод знекиснення розробляти на основі редокс-іонітів.

У другому розділі описано об'єкти, методи і методики досліджень.

Випробовували алюмінієві сплави АМг3 і АМц, мідь М1, сталь 12Х18Н9Т і титан ВТ1-0 у водно-етиленгліколевих розчинах. Загальні та об'ємні корозійні втрати визначали масометричним і фотоколориметричними методами аналізу розчинів на вміст іонів металів. Під час випробувань контролювали рН і питомий електричний опір (с) корозійних середовищ. Поляризаційні виміри виконували в потенціодинамічному режимі з допомогою потенціостата П-5827, хлоросрібного електрода порівняння і платинового допоміжного. Для підвищення електропровід-ності розчинів до них додавали електроліт NaNO3 (100...150 мг/л).

Вплив с водно-етиленгліколевого теплоносія і концентрації розчиненого кисню на корозію металів досліджували на установках, у байпасних контурах яких розташований вузол очищення теплоносія, що містить іонообмінні фільтри та редокс-фільтр, з допомогою яких забезпечували задані параметри корозивності теплоносія.

В неізотермічних умовах досліджували імітатор одиночного каналу охолодження колектора радіоелектронного пристрою (патент України UA 13635 U). Імітатором була трубка з міді М1, спаяна в струмопровідні мідні фланці. Теплове навантаження на зразок створювали електрообігрівом і температуру стінки каналу вимірювали з допомогою хромелькопелевих термопар. Швидкість переходу окис-неної міді в розчин визначали за кількістю міді, поглинутої іонообмінним фільтром.

Іонообмінне очищення теплоносія від продуктів корозії конструкційних матеріалів досліджували на змішаних шарах іонітів - катіоніті КУ-23 ч і аніоніті АВ-17-10Пч з макропористою структурою. Вплив параметрів роботи РСО РЕА на ефективність іонообмінного очищення теплоносія і корозію поліметалевого рідинного тракту систем охолодження вивчали на установці, що складалася з мідного імітатору каналу охолодження РЕА, теплообмінної апаратури з алюмінієвих сплавів, іонообмінного фільтра, і оцінювали за фізико-хімічними параметрами теплоносія, робочою динамічною обмінною ємністю змішаного шару іонітів і кількістю продуктів корозії, поглинутих шаром.

Поглинання кисню з водно-етиленгліколевого теплоносія досліджували на електроноіонобмінниках (мідьвмісних редокситах ЭИ-21 50СНУ і ЭИ-21 75СНУ, вісмутвмісному редокситі ЭИ-15) і електронообміннику (хінонгідрохінонному редокситі ЭО-7). Поглинання кисню в статичних умовах вивчали газометричним методом. Концентрацію розчиненого кисню визначали фотоколориметричними методами (за реакціями з індигокарміном у воді, за реакцією з пірокатехіном у водно-етиленгліколевому розчині), а також кулонометричним методом.

Дифузійні властивості і проникність полімерних покриттів досліджували на вільних плівках, електрохімічні властивості - вимірюючи потенціали корозії і знімаючи поляризаційні криві, підплівкову корозію - методом електричного опору на плівках алюмінію, напилених на ситал. Адгезію і захисні властивості визначали за стандартними методиками.

Методом ІЧ-спектроскопії досліджували продукти корозії на поверхні алюмінієвого сплаву, продукти корозії міді, що утворюються в корозійному середовищі, і зразки іонітів після поглинання ними продуктів корозії. ІЧ-спектри дзеркального відбиття-поглинання на поверхні сплаву АМг3 знімали на спектрометрі фірми Перкін-Елмер 180 з допомогою приставки ВИЛСКС-9С. ІЧ-спектри продуктів корозії міді та іонітів вивчали на спектрофотометрах А-302 Jasco i FIJR-1710 фірми Перкін-Елмер. Структуру іонітів, які поглинули продукти корозії, вивчали з допомогою растрового електронного мікроскопа JSM-50A фірми «Jeol».

Третій розділ присвячений розгляду результатів дослідження корозії конст-рукційних матеріалів (КМ) рідинного тракту системи охолодження в ізотермічних і неізотермічних умовах.

На основі моделі (рис. 1) показано, що в працюючих системах корозія поліметалевого рідинного тракту протікає в неізотермічних умовах, особливо жорстких у каналах охолодження РЕА, за підвищених температур теплоносія і динамічного режиму його руху, а під час зупинок систем - у ізотермічних статичних умовах при температурах довкілля. Встановлено, що під час експлуатації корозія рідинних трактів протікає в умовах безперервного зростання корозивності водно-етиленгліколевого теплоносія (66 % розчин етиленгліколю), супроводжується збільшенням концентрації продуктів корозії міді і алюмінію, зменшенням рН і с, що спричиняє інтенсивну корозію рідинних порожнин теплообмінників і насосів (виразки, каверни). Тому корозію КМ досліджували диференційовано: в ізотермічних статичних умовах моделювали корозію в водно-етиленгліколевих середовищах варіюванням концентрації етиленгліколю і температури; в динамічних умовах вивчали вплив питомого електричного опору 66 % розчину етиленгліколю (ЕГ) і концентрації розчиненого О2; у неізотермічних умовах досліджували вплив с 66 % розчину ЕГ і концентрації розчиненого О2 на корозію каналів охолодження РЕА.

Адекватне експерименту (надійність 0,95) рівняння регресії, що описує залежність загальних корозійних втрат (Дm/S)о сплаву АМг3 від факторів, варійованих у таких інтервалах: концентрація ЕГ (х1) 0...100 %, температура (х2) 25...95 0С і час експозиції (х3) 100...1100 год, має вигляд

(Дm/S)о = 1,27- 0,31х1 + 0,06х2 + 0,27х3 - 0,22х12 - 0,39х22 - 0,12х32 - 0,125х1х3. (1)

Аналіз рівняння (1) за частковими похідними незалежних змінних показав, що корозійні витрати сплаву АМг3 монотонно зменшуються за концентрації ЕГ більше 40 % і незалежно від складу розчину швидкість корозії максимальна при температурах 65...70 0С (рис. 2).

Корозія сплаву АМг3 у водно-етиленгліколевих розчинах протікає з кисневою деполяризацією, оскільки початкові потенціали досить негативні ( - 0,15…- 0,3 В) (рис. 3). Зростання корозійних втрат з підвищенням температури зумовлено зменшенням катодної і анодної поляризації внаслідок підвищення швидкості відновлення кисню, зменшенням в'язкості розчинів, що полегшує дифузію кисню в розчині і поверхневі оксидні плівки. Зменшення корозійних втрат сплаву при температурах вищих за 70 оС, очевидно, обумовлено утворенням малопроникних поверхневих плівок, які гальмують перехід продуктів окиснення алюмінію в розчин.

Монотонно згасаючі залежності «(Дm/S)0 - ф» апроксимовані дробово-лінійною функцією

(?m/S)ф = (?m/S)вст • ф / (Т + ф),

де (Дm/S)ф - питома втрата маси металу в момент часу ф; (Дm/S)вст - питома втрата маси металу, що встановилася при ф > ?; Т (стала часу перехідного процесу) - час, за який втрата маси металу досягне половини (Дm/S)вст.

Прогнозування корозії сплаву АМг3 за рівнянням (2) показало, що в дистильованій воді і 66% розчині ЕГ максимальна глибина корозії за 10000 год становить відповідно 8,25•10 - 4 і 5,12•10 - 4 мм.

Адекватні експерименту (надійність 0,95) рівняння регресії, що описують залежність загальних корозійних втрат міді М1 у різних часових точках від факторів, варійованих у таких інтервалах: концентрація ЕГ (х1) 20...80 %, температура (х2) 30...90 0С, мають вигляд

= 500 год m/S = 3,14 - 0,68х1 + 3,12х2 + 1,44х22 - 0,65х1х2;

= 1000 год m/S = 5,35 - 1,61х1 + 9,36х2 + 5,27х22 - 1,5х1х2;

= 1500 год m/S = 9,36 - 3,12х1 + 16,37х2 + 9,25х22 - 2,83х1х2.

З рівнянь (3)-(5) випливає, що за зміни концентрації ЕГ від 20 до 80 % зменшуються корозійні втрати міді, а температура, навпаки, підвищує швидкість її корозії. З часом ступінь роздільного і сукупного впливу цих факторів зростає і з підвищенням температури частка розчинних продуктів корозії в загальних корозійних втратах збільшується, що свідчить про добру розчинність продуктів корозії міді в водно-етиленгліколевих середовищах при підвищених температурах.

Катодні криві міді М1 характерні для відновлення розчиненого О2, що протікає з дифузійними обмеженнями (рис. 5). З ростом концентрації ЕГ і зниженням температури збільшується кінематична в'язкість розчинів, при цьому концентрація розчиненого О2 практично не залежить від їх змін, що спричиняє зменшення граничного дифузійного струму і збільшення катодної поляризації міді. Загалом в'язкість водно-етиленгліколевих розчинів визначає рухливість катодного деполяризатора, а також продуктів окиснення міді. Однак електрохімічна корозія міді в цих середовищах лімітується відновленням розчиненого О2 в умовах кінетичного контролю, оскільки струми корозії, визначені за даними масометричних вимірювань та екстраполяцією тафелевських ділянок поляризаційних кривих, значно менші, ніж граничні дифузійні струми.

У воді і водних розчинах ЕГ нахил анодних кривих у напівлогарифмічних координатах становить 60 мВ і вказує на те, що незалежно від вмісту ЕГ і температури в розчини переходять іони Cu+ і анодне розчинення міді протікає в умовах концентраційної поляризації

Корозія сталі 12Х18Н9Т і титануВТ1-0 в 66 % розчині ЕГ протікає за анодного контролю і їх пасивність зумовлює високу корозійну тривкість.

Вимірами рН корозивних середовищ встановлено, що корозія КМ у водно-етиленгліколевих розчинах протікає за зміни рН у діапазоні 6,5...3,9 внаслідок окиснення ЕГ. Участь ЕГ і продуктів його окиснення в утворенні поверхневих комплексів алюмінію, які гальмують процес гідратації оксиду алюмінію, підтверджують ІЧ-спектри.

Після витримки зразків сплаву АМг3 впродовж 500 год у дистильованій воді смуги 3500 и 1610 см - 1 розширюються, що вказує на присутність молекул води, зв'язаних з оксидною поверхнею. Смуга 940 см - 1, яка відповідає коливанням зв'язків Al-O, що розташовані у групах бар'єрного шару, стає інтенсивнішою, та виникає смуга 810 см - 1, яка відповідає коливанням Al-OН у молекулах пористого гідроксиду алюмінію. У 90 % розчині ЕГ на поверхні сплаву АМг3 присутні бар'єрний шар Аl2O3 (смуга 940 см -1), а також гліколяти і карбоксильні сполуки алюмінію, на що вказують інтенсивні смуги 2920 и 2850 см - 1 валентних коливань CH2 - груп і смуги 1590 и 1450 см - 1, що відповідають коливанням групи С - О карбоксильної групи, пік 1360 см - 1 деформаційних коливань СН - груп у площині карбонільної групи та пік 1100 см - 1 етоксильної групи. У 50 % розчині ЕГ присутні смуги 2920 і 2850, а піки 1100 см - 1 і 1360 см - 1 не виникають. Піки 1590 и 1450см - 1 вказують на те, що на поверхні присутні Аl2O3 та карбоксильні сполуки алюмінію.

Смуги ІЧ-спектрів поглинання продуктів корозії міді, що утворюються у розчині ЕГ, ідентифіковані як комплекси Cu (II) з карбоновими кислотами і ЕГ.

Високонадійну теплообмінну апаратуру виготовляють з титану ВТ1-0, який, як відомо, не тривкий у гарячих органічних кислотах (наприклад, мурашина і щавлева кислоти). Оскільки розчини ЕГ окиснюються з утворенням сполук, у спектрі яких присутня щавлева кислота, то досліджено вплив концентрації щавлевої кислоти і температури на корозію титану ВТ1-0 у 66 % розчині ЕГ.

Реалізацією ортогонального плану другого порядку встановлено, що часові залежності питомої втрати маси титану в розчинах з додатками щавлевої кислоти і без неї мають монотонно загасальний характер (рис. 8) і апроксимовані дробово-лінійною функцією (2). Рівняння регресії, яке описує параметри корозії (Дm/S)вст і Т залежно від факторів, варійованих у таких інтервалах: температура (х1) 20...80 0С і логарифм концентрації щавлевої кислоти (х2) -1...+1, мають вигляд

( m /S)вст = 17,59 + 17, 38х1 + 16,88х2 + 16,9х1х2 .

T = 564,93 - 71,68х1 + 85,017х2 - 201х12 - 77,05х22 - 92,55х1х2.

З рівнянь (6), (7) випливає, що з ростом температури і концентрації щавлевої кислоти параметр (Дm/S)вст збільшується і ступінь роздільного і сукупного їх впливу практично однаковий. З урахуванням рівнянь (6), (7) апроксимувальний вираз - дробово-лінійна функція (2) представлена комбінованою (регресійно-аналітичною) моделлю

Вплив щавлевої кислоти і температури на пришвидшення корозії титану оцінювали з допомогою коефіцієнта пришвидшення Кпр і коефіцієнта форсування режимів випробувань Кф, співвідношення яких

Кпр = m/S (ф) / m/S (е) ,

де Дm/S (ф) - корозійні втрати титану у форсованому режимі; Дm/S(е) - корозійні втрати титану в нормальних умовах експлуатації.

Прийнято, що нормальним умовам експлуатації відповідають температура розчину 20 0С і концентрація щавлевої кислоти 0,1 %, так як корозійні втрати за цих умов такі самі, як і в розчинах без кислоти (рис. 8 а). За часовими залежностями визначали коефіцієнти пришвидшення як співвідношення (Дm/S)вст у форсованому режимі до такого ж у нормальному , які обчислювали за рівнянням (6).

Рівняння, яке описує залежність Кпр від Кф , має вигляд

Кпр= ? 0,375 + 1,36 Кфt ? 48,66 lg Kфс + 48,53 Кфt lgKфс,

де Кфt= t/20 оС, Кфс= С/0,1 %.

Із залежності коефіцієнта пришвидшення від температури за різних концен-трацій щавлевої кислоти видно, що за мінімальної концентрації (0,1 %) і температури 80 0С Кпр < 5 (рис. 9). Значне пришвидшення корозії, наприклад Кпр > 50, досягається за концентрації щавлевої кислоти 0,3 % і температури 60 0С.

Ініціюючий вплив підвищення концентрації щавлевої кислоти і температури на корозію титану ВТ1-0 підтверджують поляризаційні виміри (див. рис. 6 і 10). При катодній поляризації зі зменшенням рН розчину полегшується протікання реакцій відновлення розчиненого кисню і оксидів титану з утворенням оксидів і катіонів титану нижчої валентності.

На анодних кривих за концентрації щавлевої кислоти 0,1...10 % при 20 оС відсутня область активного розчинення, що утворюється з підвищенням температури, і струми переходу титану в пасивний стан збільшуються з ростом температури і концентрації щавлевої кислоти, що зумовлено утворенням розчинних комплексів катіонів титану з аніонами щавлевої кислоти і помітно по бузково-фiолетовому кольору розчину.

Ефективність впливу іонообмінного очищення і знекиснення 66 % розчину ЕГ на швидкість корозії КМ оцінювали за коефіцієнтом захисної дії Z (%): Z=[(К0-Кі)/К0] ·100% (у статичних умовах: К0, Кі - відповідно швидкості корозії за рівноважної та пониженої концентрації О2; у динамічних умовах: К0 - швидкість корозії в розчині з с = 5 кОм•м і рівноважної концентрації кисню; Кі - швидкість корозії в розчинах з с ? 5 кОм•м і пониженої концентрації кисню).

У статичних умовах при температурах до 40 0С зі зменшенням концентрації О2 швидкість корозії сплаву АМг3 практично не змінюється, а при 70 0С вона зростає за концентрації О2 в діапазоні 0,2 < CО2< 1,8 г/м3 (рис. 11). Знекиснення водно-етиленгліколевого розчину, навіть часткове, підвищує корозійну тривкість міді, при цьому частка розчинних продуктів корозії в загальних корозійних втратах зменшується, що свідчить про гальмування розчинення міді при знекисненні розчину (рис. 12). Найменша швидкість зальної корозії міді спостерігається за концентрації розчиненого кисню 1 г/м3 і коефіцієнт Z становить 92 %.

У динамічних умовах для алюмінієвих сплавів при с розчину в діапазоні 25...75 кОм•м максимальний коефіцієнт Z становить 87...95 %, а під час знекиснення розчину він зменшується до 40...59 %, що, очевидно, зумовлено утворенням на поверхні сплавів більш проникних аморфних плівок (табл. 1).

Таблиця 1. Коефіцієнти захисної дії (Z) в умовах іонообмінного очищення і знекиснення 66 % розчину ЕГ при 70 0С за динамічних умов

, кОмм	Z, %
	Сплав АМг3	Сплав АМц	Мідь М1
	4г/м3 О2	1г/м3 О2	4г/м3 О2	1г/м3 О2	4г/м3 О2	1г/м3 О2
5		-12,7		3		78
10	36	10	33	20	0	78
25	91	45	83	59	3	83
50	91	53	87	60	44	97
75	95	40	83	60	63	97
100	49	18	43	40	69	97

Знекиснення суттєво зменшує швидкість корозії міді у всьому діапазоні с (5...100 кОм•м) 66 % розчину ЕГ і вже за нормованого мінімального для систем охолодження значення с (5 кОм•м) коефіцієнт Z становить 78 %, а в розчині с > 50 кОм•м дорівнює 97 %.

Підвищення корозійної тривкості міді зі збільшенням с до 50 кОм•м зумовлено зменшенням діелектричної проникності розчину, а посилений вплив розчиненого кисню вже за нижчих значень с свідчить про те, що кисень виконує роль не тільки деполяризатора, а ще хімічно окиснює ЕГ і катіони Cu+ до катіонів стійкої валентності Cu2+ , які з ЕГ і продуктами його окиснення утворюють комплексні сполуки. Зменшення концентрації О2 гальмує реакції, пов'язані з його участю, сукупність яких описують рівняння і схема. охолодження радіоелектронний іонообмінний корозія

О2 + 2Н2О? nЕГ + 4е - = 4ОН - ? n ЕГ ;

Cu+ + O2 = Cu 2+ + O2 - ;

C2H4(ОН)2 Н+m Anm - ,

де Anm - - аніон кислоти.

Зі збільшенням у розчині концентрації іонів Cu 2+ після реакції (12) можлива реакція їх відновлення

Cu + Cu 2+ = 2Cu +,

яка протікає на ділянках поверхні міді з несуцільними плівками продуктів корозії та ініціює кородування внаслідок полегшення відводу електронів з поверхні і відповідно анодного розчинення міді.

Під дією теплового потоку корозія міді протікає в умовах неоднорідності температур окремих ділянок її поверхні (рис. 13). Температура внутрішньої поверхні каналу, коливання температури по його довжині і перепад температур між початком і кінцем каналу зростають зі збільшенням густини теплового потоку (q) і зменшен-ням швидкості розчину. Коливання температури по довжині каналу є наслідком закипання низькотемпературного складника (води) бінарного розчину, турбулізацію межового шару із наступним підтіканням до стінки холодних порцій розчину.

При швидкості рідини 5...6 м/с розчинення міді різко збільшується з ростом q до 500 кВт/м2, а далі стабілізується (рис. 14). Підвищення швидкості розчинення міді при q > 750 кВт/м2 свідчить про формування плівок продуктів корозії з низькими захисними властивостями і зумовлене збільшенням перепаду і коливань температур по довжині каналу, турбулізацією розчину в граничному шарі (рис. 13, криві 1, 2).

За швидкості розчину 8 м/с залежність швидкості корозії від густини теплового потоку має перегин і зменшується при q > 750 кВт/м2, що вказує на формування плівок продуктів корозії, які гальмують перехід окисненої міді в розчин, внаслідок меншої зміни температури по довжині каналу, і за швидкості руху розчину 10 м/с швидкість розчинення міді найменша.

На поверхні каналів утворюються плівки здебільшого чотирьох типів. За відсутності теплового потоку, а також швидкості розчину 10 м/с і зміни q від 250 до 2000 кВт/м2 поверхня каналу вкрита суцільною плівкою оксиду Cu2O. За швидкості 5...8 м/с і густини теплового потоку 250...500 кВт/м2 на плівці оксиду Cu2O утворюється не суцільний шар продуктів корозії міді синьо-зеленого кольору, які найбільш скупчені на початку каналу, що зумовлено вищим перепадом тут температур. За швидкостей розчину 5...6 м/с і q=750 кВт/м2, а також 8 м/с і q?750 кВт/м2 формується двошарова плівка продуктів корозії, яка гальмує перехід окисненої міді у розчин і складається з оксиду CuO і на якій розташований щільний шар продуктів корозії міді блакитного кольору. При q=1000 кВт/м2 і швидкості 5 і 6 м/с поверхня каналу вкрита плівкою із оксидів Cu2O і CuO, на якій по всі поверхні каналу розташований пористий шар продуктів корозії темно-синього кольору.

Припускають, що кородування міді включає сукупність зворотних реакцій утворення комплексів міді з ЕГ і продуктами його окиснення [Cu n+ К], сольватованих (Cu3-nO•ЕГ•H2O) і десольватованих оксидів міді (Cu3-nO), а температура поверхні каналу визначає зсув рівноваги в бік утворення розчинних або важкорозчинних продуктів корозії.

Адекватне експерименту (надійність 0,95) рівняння регресії, що описує залжність середньої температури внутрішньої стінки каналу від факторів, варійованих у таких інтервалах: густина теплового потоку (х1) 250...1250 кВт/м2, швидкість розчину (х2) 6...10 м/с, має вигляд

tст = 100,8 + 19,32х1 - 34,32х2 - 2,28х12 + 6,08х22 - 19,13х1х2

і показує, що найсильніше на температуру стінки впливає швидкість розчину і з її підвищенням вона знижується, а дія теплового потоку в 1,7 рази менша, ніж швидкість розчину в каналі, і з його збільшенням температура стінки зростає. Одночасний вплив обох факторів порівняльний з впливом теплового потоку і за різнонапрямленої їх дії температура стінки підвищується.

Аналіз теплофізичних умов (температур стінки, перепадів температур по довжині каналу і розчину на вході і виході з нього) показав, що на швидкість корозії міді найвідчутніше впливає температура стінки каналу (рис. 15). Енергія активації процесу зі змінною температури стінки від 70 до 73 0С становить 1687,74 Дж/моль, що на порядок перевищує енергію активації зі зміни температури від 80 до 172 0С. Тому в умовах тільки іонообмінного очищення зі збільшенням густини теплового потоку і зменшенням швидкості розчину в каналі коефіцієнт Z знижується, що зумовлено ростом температури поверхні каналу і спадом енергії активації окиснення міді, через що концентрація її іонів у пристінному шарі збільшується і вплив росту послаблюється. Знекиснення збільшує коефіцієнт захисної дії, оскільки зменшує концентрацію катодного деполяризатора, що гальмує розчинен-ня міді.

Зіставлення коефіцієнтів Z для ізотермічних (див. табл.1) і неізотермічних умов (рис. 16) показує. що для досягнення Z > 40 % питомий електричний опір 66% розчину ЕГ з 1 г/м3 кисню достатньо підтримувати на рівні 25 кОм ·м.

У четвертому розділі розглянуто результати досліджень з удосконалення іонообмінного методу захисту від корозії з допомогою іонітів макропористої структури.

Ефективність і оптимальні умови іонообмінного очищення 66% розчину ЕГ від продуктів корозії міді і алюмінію вивчали математичним плануванням експерименту і оцінювали за кількістю розчину, пропущеного через фільтр змішаної дії (ФЗД) з іонітів макропористої структури - катіоніту КУ-23ч і аніоніту АВ-17-10Пч до проскакування корозивних іонів міді у фільтрат. За величину проскоку прийнято параметр А, що дорівнює 0,01 і визначається зі співвідношення концентрацій міді А = Сі/С0 (С0 - початкова концентрація; Сі - концентрація на виході з ФЗД).

Встановлено, що вихідні криві очищення, одержані пропусканням 66 % розчину ЕГ, що містить реальні продукти корозії, через шар ФЗД, характеризуються загальними ознаками.

До появи іонів міді у фільтраті стабілізуються і рН, а їх зниження зумовлено проскакуванням іонів міді, що свідчить про вичерпання робочої динамічної обмінної ємності ФЗД. При цьому в режимі регулярного обміну різнолігандні комплексні сполуки міді повністю вилучаються з розчину, а продукти корозії алюмінію характеризуються низькою сорбцією і їх концентрація слабо впливає на величину , що спричинено неіногенною їх природою (гідроксидні комплекси). Поліпшенню сорбції продуктів корозії і збільшенню ресурсу ФЗД сприяє підвищення вмісту аніоніту в змішаному шарі, так як привалювання ОН - - іонів відносно Н+ - іонів, що надходять у розчин під час обмінних реакцій, призводить до формування аніонних комплексів алюмінію і міді, які поглинає аніоніт. На основі рівняння регресії, що описує ресурс фільтра, встановлено, що оптимальне об'ємне співвідношення катіоніта КУ-23ч і аніоніта АВ-17-10Пч у ФЗД становить 1:2,5 відповідно.

З технологічних факторів (питоме навантаження очищуваного розчину та співвідношення висоти фільтрувального шару h до його діаметра L) найбільше на поглинання продуктів корозії міді і алюмінію впливає питоме навантаження в діапазоні 9...18 м3/(м3·год) і з його підвищенням сорбція зменшується.

Геометричний фактор у досліджуваній області (h /L = 8...24) не впливає на сорбцію продуктів корозії алюмінію внаслідок внутрішньодифузійного механізму її протікання, а поглинання продуктів корозії міді збільшується при h /L >8, особливо за високих навантажень фільтрації, так як сприяє паралельному перенесенню фронту сорбції міді.

На установці, що моделює параметри роботи РСО РЕА, математичним плануванням експерименту одержано рівняння регресії, яке описує залежність робочої динамічної обмінної ємності (РДОЄ) макропористого фільтра з оптимальним співвідношенням аніоніта і катіоніта від факторів, варійованих у таких інтервалах: густина теплового потоку на мідній поверхні (х1) 500...2000 кВт/м2 за швидкості розчину в каналі 8 м/с; коефіцієнт перерви в роботі системи (х2) 0...0,4, визначуваний як співвідношення часу зупинки до часу безперервної роботи системи; витрата теплоносія через фільтр (х3) (3,6...5,4)•10 - 3 м3/год, що має вигляд

РДОЄ = 430,25 - 94,25 х1 - 41,25 х2 + 38 х3.

З рівняння (16) випливає, що в поліметалевому рідинному тракті на реалізацію іонообмінних властивостей ФЗД найнегативніше впливає збільшення густини теплового потоку і перерви в роботі системи, оскільки ріст обох факторів сприяє утворенню в теплоносії важкорозчинних продуктів корозії, які дестабілізують очищення, а через збільшення витрат через фільтр зростає його РДОЄ, що зумовлено зовнішньодифузійним механізмом поглинання продуктів корозії.

Вимірами фізико-хімічних параметрів теплоносія встановлено, що в стаціонар-ному режимі іонообмінного очищення с і рН стабілізувалися (рис.18). До досягнення с, рівного 5 кОм·м, якому відповідала концентрація іонів міді 0,04 ммоль/л, іони алюмінію в теплоносії були відсутні.

Оптимізацією витрат теплоносія через фільтр методом крутого сходження встановлено, що інтенсифікація масоперенесення продуктів корозії через плівку розчину в зернах іонітів досягається за швидкості розчину 22...24 м/год, а за більших швидкостей адсорбовані на поверхні іонітів продукти корозії алюмінію вимиваються в розчин.

За результатами ІЧ-спектрів і РЕМ іонітів після поглинання ними продуктів корозії встановлено, що, на відміну від гелевих іонітів, аніоніт АВ-17-10Пч сорбує комплексні сполуки міді і глобулярна морфологічна структура пористого катіоніта КУ-23ч сприяє дифузії продуктів окиснення металів вглиб зерна.

Статистичною обробкою результатів визначення кількісного вмісту продуктів корозії, поглинутих ФЗД, одержано рівняння регресії, на основі яких встановлено, що швидкість переходу в теплоносій продуктів корозії міді з теплонавантаженої мідної поверхні мінімум на п'ять порядків перевищує швидкість утворення продуктів корозії алюмінію, що переходять у теплоносій внаслідок корозії теплообмінної апаратури. Це дозволило в обчисленні об'єму ФЗД багатокомпонент-ну систему іоногенних домішок розглядати як псевдокомпонентну, вважаючи, що єдиним компонентом є мідь, яка надходить з теплонавантаженої мідної поверхні, і її концентрація дорівнює концентрації катіонних домішок в теплоносії. На основі цього припущення і рівняння (16) запропонована формула для обчислення об'єму ФЗД залежно від параметрів роботи системи

П'ятий розділ присвячений розробці методу знекиснення водно-етиленгліко-левого теплоносія.

З допомогою газометричного методу встановлено, що перші 5...10 год поглинання кисню з води і 66% розчину ЕГ металовмісними редокситами йде з високою швидкістю, далі переходить у стадію сповільнення і до часу сповільнення в реакцію вступає не весь метал, а лише ті шари, які найдоступніші кисню, що зумовлено низьким коефіцієнтом дифузії кисню і утворенням малопроникних для кисню плівок продуктів окиснення металів.

Лінійний характер залежностей вказує на внутрішньодифузійний механізм поглинання кисню. Хінонгідрохінонний ЭО-7 редоксит надеквівалентно поглинає кисень і руйнується під впливом перекису водню, утворюваного під час відновлення кисню, що робить його непридатним для використання. За швидкістю поглинання металовмісні редоксити розташовуються в ряд: ЭИ-21 50СНУ >ЭИ-21 75СНУ >ЭИ-15.

Поглинання кисню супроводжується переходом іонів металу редокситу в розчин і характеризує його хімічну тривкість, яку визначали за кількістю вимитого металу, віднесеної до загальної кількості металу відновника в редокситі. Встановлено, що хімічна тривкість мідьвмісних редокситів ЭИ-21 50СНУ і ЭИ-21 75СНУ на порядок вища вісмутвмісного редокситу ЭИ-15. Тому для випробувань на тривкість до механічних і кліматичних впливів використовували редоксит ЭИ-21 50СНУ. Виявлено, що кількість зруйнованих зерен редокситу не перевищує 2% і окиснювально-відновна ємність (ОВЄ) за редокс-групами не змінювалась.

Динамічний процес поглинання кисню в 66% ЕГ і в воді характеризується неповним окисненням редокситу і його редокс-ємність за рівності концентрацій кисню на вході і виході із редокс-фільтра реалізується на 75% в 66% розчині ЕГ і на 90 % в воді. Мікроскопічне дослідження зразків зерен редокситу показало, що окиснення міді в ньому протікає стадійно з утворенням оксидів Cu (І) і Cu (ІI), які послідовно ростуть від зовнішньої поверхні зерна до центру, і внутрішня дифузія кисню через двошарову систему оксидів міді лімітує швидкість окиснення редокситу загалом. При цьому у воді частка оксидів Cu (ІІ) вища, ніж Cu (І), а в 66% розчині ЕГ переважно утворюється оксид Cu (І).

На основі аналізу рівнянь регресії встановлено, що при 20 0С коефіцієнт використання ОВЄ редокситу збільшується зі зменшенням швидкості фільтрації і підвищенням співвідношення висоти шару до його діаметра, а при 70 0С цей вплив не такий суттєвий. При підвищених температурах коефіцієнт використання ОВЄ збільшується вдвічі і супроводжується виходом іонів міді у фільтрат, що зумовлено ростом коефіцієнта дифузії кисню і швидкості його відновлення та зниженням хімічної тривкості редокситу.

Дослідження процесу знекиснення 66% розчину ЕГ у закритій установці показало, що в усталеному режимі роботи вузла очищення концентрація кисню підтримувалась на рівні 0,9...1 г/м3, рН і с змінювались відповідно у межах 6...6,5 і 25...30 кОм•м. Вичерпання ємності іонообмінного фільтра, який поглинає вимиту з редокситу мідь, призводило до зниження рН до 4,2 і с до 3...5 кОм•м. Середня швидкість надходження міді у теплоносій, приведена до одиниці об'єму редокситу, становить (2,9...3,1) •10-4 мг•екв/(см3?ч) і врахована у формулі обчислення об'єму фільтра змішаної дії у складі єдиного вузла очищення.

У шостому розділі розглянуто результати досліджень захисних властивостей полімерних покриттів на алюмінії і алюмінієвому сплаві АМг3. Методами сорбції і стаціонарного потоку визначали параметри масоперенесення 66% розчину ЕГ та іонів металів через вільні плівки, одержані з емалі ВЛ-515 і фторопластової суспензії Ф-2МСД.

Встановлено, що масоперенесення 66% розчину ЕГ характеризується низькими значеннями коефіцієнтів дифузії (D), проникності (Р) і сорбції (S), що зумовлено значною в'язкістю розчину, утворенням асоціатів води з ЕГ і хімічною тривкістю полімерних плівок (табл.2).

Таблиця 2 Параметри масоперенесення 66% розчину етиленгліколю та іонів металів через вільні полімерні плівки

Плівка	Товщина, мкм	D•10 17, м2/c	P•10 16, кг/(м•c•Па)	S, кг/(м3•Па)
		66 % ЭГ	Al 3+	Cu 2+	66 % ЭГ	Al 3+	Cu 2+	66 % ЭГ	Al 3+	Cu 2+
ВЛ-515	30	24			185			77,1
	40	24	17	11	78	30	3,9	32,5	18	3,5
	50	19	17	11	47	23	2,4	24,7	14	2,2
Ф-2МСД	30	4			4,8			12
	40	4			4,2			10,5
	50	4			4			10

Бар'єрні властивості фторопластових плівок кращі, ніж емалевих, і масоперенесення іонів металів менше, ніж 66% розчину ЕГ, що спричинено сольватованою формою дифундуючих іонів, при цьому масоперенесення іонів міді на порядок менше, ніж іонів алюмінію, внаслідок більшого їх радіусу.

Електрохімічні виміри показали, що полімерні покриття, нанесені на сплав АМг3 з проміжним оксидним покриттям Хім.Окс.е, зсувають потенціали корозії до позитивних значень і, збільшуючи катодну і анодну поляризацію, створюють широку область потенціалів, в якій густина катодних і анодних струмів близька до нуля (рис. 20). З ростом часу експозиції хід поляризаційних кривих зразків з фторопластовим покриттям не змінюється, а у зразків з емалевими плівками катодна поляризація збільшується.

...