Защита автомобилей от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Защита автомобилей от коррозии"

Введение

Проблема защиты автомобилей от коррозии приобретает в настоящее время особую актуальность, что связано с ростом парка эксплуатируемых автомобилей, а также с увеличением общего агрессивного воздействия окружающей среды на автомобиль. Коррозия является достаточно сложным процессом. Этот процесс происходит в обязательном присутствии двух компонентов - воды и кислорода. Очевидно, что оба эти вещества в избытке находятся в атмосфере и полностью изолировать металл от их воздействия практически невозможно. Воду (вместе с растворенными в ней различными элементами) часто называют электролитом.

На скорость протекания коррозии могут влиять и другие обстоятельства. К примеру, соль, а вернее, ионы хлора, равно как и примеси промышленных выбросов, является мощным ускорителем коррозии. А если учесть, что в зимний период дороги крупных городов нашей страны регулярно обрабатываются теми или иными реагентами на основе различных солей, то можно понять, почему в России так актуальна проблема антикоррозионной защиты автомобилей.

Но не только присутствие тех или иных химических элементов влияет на скорость протекания коррозии. К примеру, она увеличивается при росте влажности или температуры, что накладывает ограничения на функционирование выхлопной системы, моторного отсека и плохо вентилируемых скрытых полостей.

1.Коррозия автомобилей в процессе эксплуатации

При эксплуатации автомобиля происходит интенсивное изменение свойств лакокрасочных и противокоррозионных покрытий, нанесенных в процессе производства или ремонта. Вследствие этого при пользовании автомобилем, особенно в холодное время года, необходимо тщательно следить за состоянием защитных покрытий и своевременно устранять появляющиеся дефекты.

Коррозия - это разрушение металлов вследствие химического или электрохимическою взаимодействия их с окружающей средой.

Химическая коррозия металлов протекает в сухих газах и жидких неэлектролитах, т..е., в тех средах, которые не проводят электрический ток. Примером химической коррозии является газовая коррозия выпускного тракта автомобильного двигателя при взаимодействии металла с отработавшими газами в зоне высоких температур.

2.Механизм газовой коррозии

Чистая металлическая поверхность легко подвергается химическому воздействию среды. Однако, если в процессе начавшейся коррозии продукты ее образуют связанную с металлом пленку, изолирующую поверхность от коррозионной среды, то металл приобретает пассивность к ней. Процесс искусственного образования тонких окисных пленок на поверхности металла для защиты его от коррозии и придания изделию лучшего вида называют пассивированием. Способностью к пассивированию обладают железо, никель, хром, алюминий и другие металлы.

Химической (газовой) коррозии подвержены в большей или меньшей степени цилиндры ДВС и выпускные клапаны. Среди процессов газовой коррозии наиболее часто встречается окисление металла при высоких температурах за счет кислорода воздуха или СО2 и О2 в продуктах сгорания топлива.

На поверхности углеродистой стали газовая коррозия проявляется в виде пленок окислов уже при 200 - 300о С. С повышением температуры примерно до 600о С, в связи с образованием под действием внутренних напряжений трещин в защитной пленке, скорость коррозии возрастает, оставаясь все же довольно низкой. При дальнейшем подъеме температуры скорость коррозии резко увеличивается, и образуется окалина.

Опыты с образованием окислов на чугунах в различных газовах средах показали, что скорость коррозии при возрастании температуры от 500 до 800о С увеличивается в сухих газах в 11 - 13 раз и во влажных в 20 раз. Скорость окисления в среде СО2 не только выше, чем в воздухе (сухом и влажном), но и выше чем в О2.

На алюминии и его сплавах защитная пленка быстро достигает наибольшей толщины при температуре 300 - 600о С, прекращая процесс газовой коррозии.

У железоуглеродистах сплавов при газовой коррозии наблюдается обезуглероживание поверхностных слоев металла, что снижает его механические характеристики, сопротивление усталости и поверхностную твердость.

Вывод: Газовая коррозия, как и электрохимическая, не является видом изнашивания. Коррозия может проявляться при кавитационном разрушении и фреттинг - коррозии, во многих случаях протекает параллельно с эрозией, всегда облегчает ее и сопровождает процесс трения, в особенности без смазочного материала.

3.Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия протекает при соприкосновении металла с электролитом. При электрохимической коррозии возникает электрический ток, который протекает как в металле, так и в растворе электролита, образующих замкнутую цепь, подобно короткозамкнутому гальваническому элементу.

Электрохимическая коррозия охватывает все виды коррозионного разрушения автомобиля, среди которых наибольшее распространение имеет атмосферная коррозия. Незащищенная поверхность металла адсорбирует из окружающей среды окислительные компоненты - молекулы кислорода, оксидов углерода и серы, хлора и другие. Образуется оксидная пленка, которая на воздухе всегда содержит конденсированную влагу. Толщина пленки может быть различной в зависимости от температуры, влажности воздуха и других атмосферных условий. В условиях сухой атмосферы происходит химическое взаимодействие металла с кислородом и другими газообразными реагентами из воздуха. Как правило, сухая атмосферная коррозии приводит к потускнению поверхности металла, не вызывая его разрушении. Железо и сталь в сухой атмосфере не корродируют даже при наличии агрессивных газов.

При увеличении влажности атмосферы толщина пленки влаги увеличивается, омическое сопротивление пленки уменьшается, и при некотором минимальном его значении начинается коррозия, протекающая по электрохимическому механизму.

Под пленкой влаги на поверхности металла, как правило, образуются анодные и катодные участки, так как практически любая металлическая поверхность электрохимически неоднородна. Причинами электрохимической неоднородности могут быть микро- и макровключения, структурная неоднородность металла, наличие неравномерных пленок адсорбированных веществ, неравномерность деформации металла и внутренние напряжения, различие в температуре отдельных участков поверхности и многие другие. Таким образом, поверхность корродирующего металла представляет собой множество постоянно работающих гальванических, элементов, при этом разрушаются анодные участки поверхности.

Одним из основных факторов, определяющих скорость атмосферной коррозии, является влажность воздуха. Критическая влажность, при которой сухая атмосферная коррозии переходит во влажную, протекающую по электрохимическому механизму, зависит от состояния поверхности металла и от наличия загрязнений в воздухе. Так, для чистой поверхности железа в условиях отсутствия загрязнений воздуха критическая влажность равна примерно 70 %. При наличии на поверхности пыли и грязи она снижается д.о 50%. Это объясняется тем, что мелкие твердые частицы служат центрами конденсации влаги, а крупные - сами адсорбируют влагу.

Дальнейшее увеличение влажности воздуха, а также повышение температуры приводят к возрастанию скорости атмосферной коррозии. Поэтому теплый гараж для невыпущенного автомобиля представляет собой «влажную камеру», благоприятствующую коррозии. В обогреваемых и плохо вентилируемых гаражах автомобиль ржавеет быстрее, чем в необогреваемых и хорошо вентилируемых. При температурах ниже точки замерзания влаги процесс электрохимической коррозии тормозится.

Большое значение имеют колебания температуры во времени в связи с конденсацией и повторным испарением влаги на поверхности металла. Так, даже при небольших суточных перепадах температуры в закрытых профилях автомобиля конденсируется влага. Конденсат практически не высыхает из-за недостаточной аэрации.

Атмосферная коррозия значительно усиливается различными примесями которыми почти всегда загрязнен воздух. Источники загрязнения воздуха могут быть как естественными, так и искусственными. Естественные это продукты выветривания горных пород, солончаков, почвы, растений, испарения водоемов. К искусственным относятся отходы промышленных предприятий, топок, двигателей внутреннего сгорания, транспортных средств и другие.

За последние десятилетия в 2-2,5 раза возросло количество сжигаемого топлива, в 10-15 раз - производство различных химических материалов, таких как минеральные удобрения, серная кислота, искусственные волокна, при котором образуется большое количество агрессивных газов, паров и сточных вод. Положение усугубляется все увеличивающимся количеством выхлопных газов, автомобилей.

В промышленных районах дождевая вода имеет, как правило кислую реакцию. Это связано с тем, что находящиеся в промышленной атмосфере газообразные примеси растворяются в дождевой воде и подкисляют ее. Из промышленных загрязнений воздуха наиболее заметную роль играет диоксид серы (сернистый газ). Даже при содержании его в воздухе менее 0,0001 % наблюдается ускорение коррозии металлов. При повышении содержания диоксида серы увеличивается и скорость коррозии. Аналогичное влияние на скорость коррозии оказывает хлор, аммиак, оксид азота и другие газообразующие примеси в атмосфере.

Из естественных загрязнений воздуха самым распространенным является тонкодисперсный аэрозоль хлорида натрия в атмосфере приморских районов. Корродирующее действие соли не пропорционально ее концентрации в электролите. Резкое возрастание коррозии наблюдается при малых содержаниях ( до 1%). Из этого следует, что даже небольшое содержание соли в пленке электролита на поверхности металла может быть причиной значительной коррозии.

Помимо перечисленных факторов, определяющих скорость атмосферной коррозии автомобиля, большое значение играют возможные загрязнения, оседающие на кузове, деталях и в элементах полых конструкций. Источниками таких загрязнений является пыль в воздухе, грязь и химические средства против обледенения на дорогах. Вблизи промышленных предприятий, особенно вблизи химических заводов, пыль и грязь на дорогах могут содержать значительное количество агрессивных веществ сульфатов, хлоридов, фосфатов, угольной пыли и других.

Пыль проникает в закрытые сечения кузова, щели и зазоры и накапливается там. При последующем увлажнении она образует коррозионно- активную среду. Грязь, прилипающая к днищу кузова автомобиля, даже в сухие периоды остается влажной, и коррозия продолжается за счет влаги, находящейся в грязи. Одним из существенных факторов, способствующих коррозии автомобилей в зимнее время, является применение химических средств против обледенения дорог, позволяющих достигнуть необходимых условий безопасности движения на зимних дорогах.

Самые распространенные средства против обледенения - хлориды натрия и кальция. Общее количество соли, разбрасываемой на дорогах, за последние десятилетия значительно возросло. Расход соли на проезжей части достигает 15 кг на 1 м2, Попадание соли вместе с водой и снегом в трудно-промываемые элементы конструкции ускоряет коррозию кузова. Скорость атмосферной коррозии автомобиля может меняться на несколько порядков в зависимости от климатических характеристик района, сезона года и условий эксплуатации.

4.Характеристика коррозионных процессов

электрохимический коррозия автомобиль

Коррозия кузова при несвоевременной защите металла происходит в следующей последовательности:

подслойная коррозия, развивающаяся под лакокрасочным покрытием;

шелушение и вспучивание в поврежденных коррозией местах;

сквозная коррозия кузова особенно на стыках;

растрескивание сварных швов в местах соединений деталей пола, порогов, крыльев и попадание, как следствие, влаги, пыли и грязи в салон кузова;

появление трещин в усилителях, лонжеронах и поперечинах с потерей жесткости кузова;

деформация дверных проемов из-за потери жесткости стоек и порогов кузова;

нарушение взаимного расположения агрегатов шасси автомобиля, приводящее к нарушению управляемости и равномерности торможения колес;

повреждение металлических трубопроводов тормозного привода вследствие потери жесткости в основании кузова из-за коррозии мест крепления;

механические повреждения поля кузова в местах крепления амортизаторов, рессор и других узлов автомобиля н результате коррозии мест их крепления, особенно при резком торможении и движении по пересеченной местности.

Основной причиной появления механических повреждений в кузовах является совместное действие коррозии, усталости и эрозии металла во время эксплуатации автомобиля. Влияние каждого из этих факторов неодинаково для различных элементов кузова: эрозия металла часто наблюдается и на других элементах кузова, а также на кромках автомобиля. Так, например, наблюдается на брызговиках в непосредственной близости к изгибам панелей. В то же время действие коррозионных факторов, таких как влажность, концентрация солевых растворов и серных соединений, образующихся из отработавших газов, особенно сильно проявляется в местах, где испарение влаги из щелей и швов затруднено. Разрушительные процессы в кузове часто интенсифицируются неблагоприятными условиями хранения автомобиля на открытом воздухе.

Зимой наблюдается усиление коррозионного износа в результате применения на дорогах солевых смесей и других противогололедных средств для борьбы с гололедицей.

Используемые растворы солей приблизительно в 13 раз усиливают коррозию кузовов по сравнению с дождевой водой. Большое влияние на коррозию металлов оказывает конденсация влаги. Процесс конденсации влаги в металле, зависит от

Механизм конденсации влаги можно представить следующим образом: в результате ночного понижения температуры автомобиля, оставленного на улице, влага воздуха конденсируется вначале на крыше, затем на других внешних и внутренних поверхностях. С этого момента все защитные покрытия начинают подвергаться разрушительному действию влаги и растворенных в ней химических соединений. Процесс коррозионного разрушения металла вследствие конденсации водяных паров протекает следующим образом. В сконденсированной воде растворяются все химические соединения, содержащиеся в воздухе, такие, как двуокись серы и сульфат аммония, выщелачивается коксовая и угольная пыль. Эти химически активные растворы осаждаются на поверхности лакокрасочного или хромового покрытия. Установлено, что двуокись серы, образующаяся в атмосфере в результате сжигания, в городе большого количества угля и жидкого топлива зимой, приводит также к интенсивному развитию коррозии металла под лакокрасочным покрытием и самого покрытия медь-никель-хром.

Для автомобилей, хранящихся на открытом воздухе, самым опасным является утро. От повышения температуры воздуха и непосредственного действия солнечных лучей начинается медленное испарение влаги, сконденсировавшейся на автомобиле. При этом в образовавшемся электролите увеличивается концентрация агрессивных соединений, вызывающих коррозию. Непосредственно перед полным испарением влаги на защитно-декоративное покрытие действуют уже насыщенные растворы электролитов. Происходящие в этот период времени процессы диффузии электролитов через органические защитные покрытия особенно опасны, так как позволяют проникать к неустойчивой против коррозии основе металла значительного количества коррозионных реагентов. Ускоряющее влияние на развитие коррозии оказывают процессы старения материалов, низкая температура окружающей среды, в результате чего происходит растрескивание покрытия, на нем образуются царапины и начинается отслаивание.

В отличие от описанной коррозии на лицевых элементах повреждения от действия воды, грязи и имеющихся в них солей возникают изнутри на плохо высыхающих поверхностях, например, на брызговиках, крыльях и т.п.

Развитие промышленности приводит к тому, что земляной покров и дорожная грязь в местах эксплуатации подвижного состава содержат также коррозионно-активные вещества в виде сульфата аммония, угольной и коксовой пыли, извести, цемента и др. Особенно неустойчивы к действию щелочных растворов органические покрытия, которые при взаимодействии со щелочами размягчаются.

Разрушительное действие коррозии усиливается в том случае, если автомобиль не подвергается систематической наружной уборке и мойке. Это одна из основных причин, ускоряющих проникновение агрессивных электролитов через защитное покрытие к металлам, вследствие чего происходит отслоение покрытия. Аналогично идет процесс коррозии на кромках деталей.

Внутренняя часть кузова также подвергается коррозионным разрушениям. Наиболее сильно повреждается пол кабины грузового автомобиля, салоны легкового автомобиля и автобуса. Коррозию вызывает влага, которая попадает вместе с грязью или снегом в салон, где впитывается войлоком или звукопоглощающей тканью, приклеенной к полу и закрытой сверху резиновыми ковриками. Постоянная влага, находящаяся в войлоке, вследствие плохого испарения приводит к непрерывной интенсивной коррозии. Кроме того, коррозия внутри кузова усиливается при резких изменениях температуры в салоне, которые бывают при зимней эксплуатации.

Коррозия дверей происходит особенно быстро из-за недостаточной защиты внутренних поверхностей. Это легко наблюдать после снятия обивки дверей. Обычно внутренняя поверхность дверей, а также стеклоподъемник покрыты только грунтовкой, что не является достаточной защитой при длительной эксплуатации автомобиля. Кроме того, коррозии внутренней поверхности дверей способствует наличие влаги, которая там часто скапливается из-за закупорки специальных дренажных отверстий грязью, стекающей по стеклу при движении и мойке автомобиля.

По характеру развития коррозия на металлической поверхности может быть сплошной или местной. Сплошная коррозия развивается на больших плохо защищенных поверхностях. Местная коррозия поражает поверхность металла на отдельных участках.

По виду коррозионного поражения металла местную коррозию можно разделить на:

коррозию пятнами - диаметр поражения больше глубины;

язвенную коррозию - диаметр и глубина поражения примерно одинаковые;

точечную или питтинговую коррозию - диаметр поражения меньше его глубины;

сквозную коррозию.

Различают также виды местной коррозии но ее локализации в конструкции автомобиля:

усталостная - в местах, подверженных одновременному воздействию агрессивной среды и знакопеременных нагрузок;

контактная - в местах контакта разнородных металлов;

щелевая - в узких щелях и зазорах;

подпленочная - под лакокрасочными и полимерными покрытиями.

Последние два вида коррозии являются наиболее распространенными при эксплуатации автомобилей.

Язвенная коррозия (ЯК) - имеет место в пассивных, так и в активных металлах ( металлы в пассивном и активном состоянии) в различных электролитах, газах и жидких диэлектриках (нефтепродукты).

ЯК - вид местного коррозионного разрушения, в результате которого на отдельных участках поверхности металла образуются характерные углубления - язвы, причем остальная поверхность коррозирует весьма незначительно или вовсе оказывается незатронутой коррозией.

Несмотря на то что ЯК сопровождается сравнительно небольшой потерей массы металла, она представляет собой один из наиболее опасных видов разрушения. Ее трудно обнаружить из-за небольших размеров язв и их заполнения продуктами коррозии, практически ЯК обнаруживается только в момент аварии, вследствие образования сквозных отверстий, например, на стенках трубопроводов.

Течение процесса ЯК связано с образованием и работой на поверхности металла локальных коррозионных элементов. Примером такой работы может служить ЯК стали в месте повреждения покрытия из более благородного металла (олова, никеля, цинка). Цинковое покрытие, которое при Н.У. является анодным относительно стали, уже при 60 - 70о С становятся катодным, вследствие чего начинается интенсивная ЯК основного металла.

Характерной особенностью процессов, приводящих к ЯК независимо от их типа, является большее различие по площади анодной и катодной поверхностей, причем катодная поверхность во много раз больше анодной.

Катодный процесс протекает на всей поверхности металла, а компенсирующее его анодное растворение сосредоточено на малых участках, благодаря чему плотность анодного тока, т.е. скорость коррозии на этих участках велика.

Процесс ЯК состоит из двух стадий:

1) образование язвы, которое длится от нескольких минут до нескольких месяцев в зависимости от металла и характера коррозионной среды;

2) развитие язвы идет с возрастающей скоростью, вплоть до образования сквозного отверстия или прекращения процесса вследствие изменения состава среды.

Питтинг - точечная коррозия, имеет место только на пассивных металлах в электролитных средах под воздействием активаторов (пример, ионы CI).

Факторы, влияющие на точечную коррозию (ТК) (питтинг).

Более других подвержены ТК пассивные металлы и сплавы, чем выше содержание в стали хрома, никеля, молибдена и чем меньше углерода, тем больше ее сопротивляемость ТК. Коррозионностойкие стали тем меньше подвержены питтингу, чем однороднее их структура. Также некоторые виды термообработки, приводящие к улучшению однородности стали, благоприятно сказываются на ее сопротивляемости ТК.

Состояние поверхности. На полированных поверхностях образуется меньшее число питтингов, чем на травленных или шлифовальных, но эти питтинги имеют большой размер и развиваются быстрее.

Температура. Рост температуры ведет к увеличению скорости ТК, также при этом возрастает число питтингов на единицу поверхности.

Скорость потока электролита. ТК обычно наблюдается в условиях неподвижного электролита, а увеличение скорости потока при или интенсивности перемешивания раствора часто уменьшает степень поражения металла ТК.

Щелевой коррозией (ЩК) - называется локальное разрушение металла в щелях конструкций, это часто встречаемый на практике вид коррозионных разрушений. Возникновение ЩК обычно связано с присутствием небольших количеств неподвижного электролита в щелях и зазорах ( от 0,01 мм до нескольких миллиметров), которые образуются вследствие особенностей конструкции (соединения фланцевые, внахлест, заклепочные, болтовые и т.д.), так и в ходе эксплуатации (осаждение на поверхности металла частиц дыма, песка, продуктов коррозии).

ЩК подвержены в частности трубопроводы, она может обнаруживаться в зоне контакта металла с неметаллами (резиной, полимерами, стеклом и т.д.).

ЩК могут быть подвержены все конструкционные металлы, но особенно чувствительны к ней пассивные металлы и сплавы, т.к. в щелях может произойти депассивация поверхности металла (переход из пассивного состояния в активное), вследствие чего наступает усиленная коррозия. Предупреждение ЩК в автомобилях основано, прежде всего, на создании таких конструкций, в которых отсутствуют щели с непроточным электролитом.

Щелевая коррозия развивается в узких зазорах и щелях, в которых происходит усиленная капиллярная конденсация. влаги, фиксируются дорожные загрязнения. Разрушение происходит на анодных участках поверхности, находящихся внутри щели. Наружные участки щелевого соединения со свободным доступом кислорода воздуха играют роль катода. Скрытый характер щелевой коррозии не позволяет выявить ее на ранних стадиях, что может привести к значительным коррозионным повреждениям.

Подпленочная коррозия может проявляться в виде отдельных вздутий лакокрасочного покрытия или в виде паутинообразной сети нитей под покрытием -- так называемая нитевидная коррозия (НК). В этих случаях продукты коррозии металла, как правило, не поступают на поверхность покрытия, что затрудняет визуальное обнаружение очага коррозии. Нитевидная коррозия достаточно быстро растет от центра очага коррозии во всех направлениях, не вызывая глубоких разрушений металла, в центре очага металл разрушается вглубь, вплоть до сквозного поражения.

Подпленочная коррозия развивается также в местах механических повреждений лакокрасочных покрытий. Через сколы, царапины, микро- и макротрещины в покрытии влага и атмосферные загрязнения получают доступ к поверхности металла. Эти участки становятся анодными по отношению к примыкающей поверхности, и разрушение металла происходит достаточно быстро, образуя видимые продукты коррозии - ржавчину. Анодными участками могут быть также поверхности с уменьшенной толщиной лакокрасочного покрытия, даже при отсутствии его дефектов. Подпленочная коррозия в этих случаях протекает медленнее.

Нитевидная коррозия протекает главным образом под защитным покрытием и может наблюдаться на стали (алюминии), на которые нанесены лакокрасочные и фосфатные покрытия или металлические (олово, серебро, золото). НК протекает в атмосферной среде, относительная влажность которой превышает 65% (при относительной влажности воздуха выше 90% основным видом коррозии металлов с покрытиями является пузырчатая коррозия), поэтому единственным эффективным способом предотвращения коррозии этого вида является поддержание низкой относительной влажности. Следует избегать загрязнение поверхности лакокрасочных покрытий, т.к. в определенных условиях это может ускорить развитие НК.

По степени поражения коррозию, встречающуюся на автомобилях, можно условно разделить на три основных типа -- косметическая, проникающая и.структурная.

Косметическая коррозия появляется «а наружных, видимых поверхностях. Она ухудшает внешний вид автомобиля, но не влияет на его эксплуатационные качества. Однако, если не принять своевременных мер, косметическая коррозия может развиться в проникающую.

Проникающая коррозия чаше всего развивается со стороны трудно-' доступных для визуального контроля поверхностей конструкций в местах скопления, на них грязи и влаги. В этих случаях коррозия становится заметной только тогда, когда причиненный ею ущерб трудно исправить.

Структурная коррозия -- потеря первоначальной жесткости и прочности конструкции в результате коррозионного разрушения силовых элементов, составляющих несущую структуру изделия.

Эти три типа коррозии характеризуют коррозионное разрушение кузова, которое приносит наибольший ущерб при эксплуатации автомобилей. Кузов является самой дорогостоящей и труднозаменимой частью автомобиля, так как на нем установлены все основные узлы и детали автомобиля. В то же время кузов более уязвим в коррозионном отношении, чем механические детали и узлы автомобиля, так как имеет пространственно развитую структуру с большой поверхностью, труднодоступными для обработки полостями и множеством щелей и зазоров в сварных и зафланцованных соединениях.

В первую очередь, как правило, косметическая коррозия появляется в местах сопряжения кузова с накладными деталями -- молдингами, фонарями, ручками, замками, решеткой радиатора. Наиболее подвержены косметической коррозии также кромки металла на фланцах дверей, капота и крышки багажника, на водосточных желобах и других деталях кузова. Кромки металла, а также места точек сварки панелей кузова наименее защищены лакокрасочным покрытием из-за наличия микрозаусенцев и выплесков металла, образующихся при резке и сварке листового металла.

В зависимости от конструктивных особенностей, а также от условий транспортирования, хранения и эксплуатации автомобилей косметическая коррозия на кузовах может появляться в первые месяцы после выпуска автомобиля. Срок до появления первых очагов коррозии может быть от нескольких месяцев до нескольких лет.

В процессе эксплуатации автомобиля, косметическая коррозия неизбежно появляется в местах растрескиваниями механических повреждений лакокрасочных покрытий, чаще всего на лицевых панелях ниже поясной линии, подверженных при движении автомобиля «обстрелу» гравием и щебнем.

Проникающая коррозия кузова со стороны внутренних поверхностей чаще всего встречается на передних крыльях, в порогах и других коробчатых сечениях нижней части кузова, в нижней части панелей дверей; Полости, из которых развивается проникающая коррозия, труднодоступны для окраски и антикоррозионной обработки.

Структурная коррозия развивается на кузове в местах крепления силовых агрегатов, в элементах жесткости кузова, работающих при больших знакопеременных нагрузках. Наиболее подвержены структурной коррозии элементы днища кузова. На днище сосредоточена большая часть крепления силовых агрегатов. В то же время днище подвержено наибольшему абразивно-коррозионному воздействию. Потеря жесткости в конструкции кузова может привести к его деформации и смещению закрепленных на нем узлов, что делает дальнейшую эксплуатацию автомобиля невозможной.

В условиях сильного коррозионного воздействия находятся также все подкузовные узлы и детали: задняя и передняя подвески, трансмиссия и другие. Однако, благодаря тому что они изготовлены из металла значительной толщины, коррозия снаружи не приводит к ухудшению их эксплуатационных характеристик, но может вызывать потерю товарного вида автомобиля еще в предпродажный период.

Значительно более опасны коррозионные поражения внутренних поверхностей гидравлических систем тормозов, сцепления и систем охлаждения. Такие системы бывают обычно закрытыми, и защита их от коррозии обеспечивается применением ингибиторов коррозии в рабочих жидкостях, а также своевременной заменой последних.-

При конструировании автомобилей наряду с выполнением таких требований, как минимальная собственная масса при высоких конструкционной жесткости и грузоподъемности, минимальные стоимость изготовления и материалоемкость при высоких потребительских свойствах и комфортабельности, необходимо обеспечить эффективную антикоррозионную защиту автомобиля. Зачастую при конструировании не удается С равным успехом удовлетворить все требования из-за их противоречивости.

Подавляющее большинство деталей и узлов современного массового легкового автомобиля изготавливается из некоррозионностойких сталей и нуждается в нанесении тех или иных защитных покрытий. Модели автомобилей различных марок имеют различные конструктивные особенности, от которых зависят затраты на обеспечение коррозионной стойкости. Так, объем затрат на антикоррозионную защиту кузова определяется площадью его поверхности, общей протяженностью сварных швов.

5.Автомобильная специфика

Коррозия автомобильного кузова имеет много специфических особенностей. Известно, что различные его участки корродируют с разной скоростью, т.к. при эксплуатации находятся в разных условиях. Одно из основных уязвимых мест - сварные швы, с помощью которых конструкция сохраняет свою форму. Именно там чаще всего и возникают очаги ржавчины. Дело в том, что в местах сварки всегда есть микротрещины, которые без труда заполняются влагой. В механизме щелевой коррозии важную роль играют вибрации автомобиля при езде, а также перепады температур в зимний период. В последнем случае влага, превращаясь в лед, увеличивает щель, т.к. в твердом состоянии занимает уже больший объем. Поэтому в следующий раз образовавшийся зазор заполнится большим количеством воды, которая, замерзнув, снова его увеличит. Такой циклический процесс в конечном счете приводит к серьезным последствиям. Следует также отметить, что коррозионная стойкость стали в местах швов существенно ниже из-за воздействия высокой температуры в момент сварки как на саму сталь, так и на гальваническое покрытие в случае его наличия.

Автомобильный кузов в силу своих конструктивных особенностей обладает большим количеством внутренних полостей. Мало того что они скрыты от глаз автомобилиста (это часто приводит к позднему обнаружению ржавчины), так еще и плохо вентилируются. В результате там скапливается вода и прочие пагубные для металла вещества и образуется зона повышенной влажности. Так что коррозия в скрытых полостях протекает особенно быстро и, что самое опасное, незаметно.

Еще одно уязвимое для коррозии место автомобильного кузова - поверхность днища. И это вполне очевидно, т.к. постоянное механическое воздействие щебня и песка вместе с водой и солью, в избытке летящих из-под колес, в состоянии «пробить» даже надежные защитные покрытия.

Работа двигателя и выхлопной системы автомобиля также может спровоцировать появление ржавчины, т.к. функционирование данных узлов связано с существенным повышением температуры.

Таким образом, современный автомобиль, обладая сложной конструкцией кузова, весьма сильно подвержен воздействию коррозии. Причем, с точки зрения защиты, разные его компоненты требуют индивидуального подхода, что заметно усложняет процедуру антикоррозионной обработки.

6.Влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на интенсивность коррозии

Среди возможных причин, способствующих интенсивному развитию коррозии кузовов, можно выделить несколько основных, к которым относятся: неправильное конструктивное решение кузова, его деталей и узлов; технологические недостатки при изготовлении кузова; несоблюдение правил предпродажного хранения и транспортировки автомобиля; неправильный уход за кузовом во время эксплуатации автомобиля.

7.Борьба с коррозией на этапе конструирования кузова

Известно, что основы противокоррозионной защиты кузова закладывает его конструктор. Однако практика часто показывает, что кузова не выдерживают коррозионную агрессивность среды, и которой эксплуатируется автомобиль, и значительно повреждаются.

Конструкции, изготовленные из тонкой листовой стали путем штамповки и последующей сварки, относятся к трудно защищаемым ввиду негерметичности в местах соединений деталей сваркой и низкой коррозионной устойчивости стального листа. Такие конструкции практически невозможно тщательно герметизировать, трудно удалить, применяемые при фосфатировании химические вещества из стыков и щелей, а защитные покрытия часто не проникают до внутренних поверхностей полых деталей.

Более интенсивно развивается коррозия в несущих кузовах. Это объясняется одновременным действием механического напряжения в элементах сложного каркаса кузова и язвенной коррозией. Коррозионные трещины появляются на сгибах малого радиуса, причем основное влияние в этом случае имеют внутренние напряжения, возникающие при штамповке.

Кузова с различным типом конструкции подвержены механическим разрушениям от коррозии в неодинаковой степени. Так, например, панельные и лонжеронные рамы автомобиля остаются достаточно жесткими даже в случае их сильной коррозии. Если применяются решетчатые (рамные) конструкции, коррозия очень опасна, так как элементы рамы соединены сваркой. Однако все же рамные кузова в коррозионном отношении более безопасны, чем полунесущие и несущие.

Основание несущего кузова в случае даже незначительной коррозии теряет жесткость и подвергается деформациям, а узлы шасси, прикрепленные к нему, смещаются. Следует отметить, что большинство современных легковых автомобилей имеет несущий кузов. При проектировании многих из них проблема защиты от коррозии решалась на недостаточном уровне.

Это, как правило, конструкции, имеющие толщину большинства панелей 0,6--0,8 мм и лишь незначительно утолщенные некоторые несущие элементы. Но даже при правильном конструктивном решении кузова надо иметь в виду, что это лишь один из аспектов проблемы борьбы с коррозией, не избавляющий от необходимости проведения мероприятий.

Весьма вредным является скапливание в местах сгибов листа, так возникновению коррозии под слоем грунтовки. Сварочный шов должен обеспечивать после очистки и герметизация сплошное и прочное лакокрасочное покрытие. При эксплуатации автомобиля возникают вибрации кузова и напряжения в защитном покрытии или герметизирующей мастике.

Интенсивной коррозии, как правило, подвергаются резьбовые соединения. Частичную защиту от попадания влаги и грязи на резьбовое соединение обеспечивает, в частности, отгибка фланца. Защиту от коррозии клепаных соединений можно производить с помощью замазки. Увеличение объема продуктов коррозии в клепаных соединениях приводит к вспучиванию металла и разрыву заклепки. Особенно нестойкими являются соединения металлов образующих гальванические коррозионные пары.

Применение изолирующего слоя хроматной пасты для соединений алюминия со сталью или герметизирующих масс, в значительной степени снижает контактную коррозию. Существенным также является обеспечение стекания воды из закрытых полостей и желобов В случае, когда вентиляция закрытых полостей невозможна, целесообразно использовать открытые конструкции.

Ввиду серьезных трудностей в достижении эффективного предупреждения коррозии защитными покрытиями, были предприняты попытки использовать в кузовостроении более коррозионностойкие материалы и легированные стали. Однако высокая их стоимость и трудность выполнения соединений не позволили широко использовать чти материалы в легковом кузовостроении. Профилированные листы из коррозионностойкой стали толщиной 0,4- 0,8 мм применяются для обшивки кузовов грузовых автомобилей и иногда автобусов, эксплуатирующихся в городских условиях. Такие кузова можно легко и часто мыть на специальных установках.

Коррозионностойкие ферритные и аустенитные стали, легированные титаном и ниобием, при соединении сваркой с деталями из углеродистых сталей применяются для изготовления колпаков колес, буферов, стеклоочистителей, декоративных накладок и др. Наиболее широкое применение в кузовостроении получили низколегированные стали повышенной прочности, имеющие хорошую коррозионную стойкость к растворам солей. Из таких сталей производятся специальные профили, которыми усиливается основание кузова, изготавливаются буфера, дверные петли для автобусов и грузовых автомобилей, а также для легковых автомобилей повышенной безопасности.

Алюминиевые сплавы применяются при массовом производстве кузовов мало, так как имеют низкий модуль упругости, не обеспечивающий необходимую жесткость панелей. Часто алюминиевые листы применяются для обшивки автобусов и фургонов. Широко используются сплавы алюминия при производстве спортивных и гоночных автомобилей.

Полиэфирная смола, упрочненная стеклянным волокном, обладает высокой противокоррозионной стойкостью с достаточной прочностью и жесткостью. Недостатком этого матери-зла является хрупкость, особенно при низких температурах. Поэтому кузова, изготовленные из полиэфирных смол, не могут выполняться несущими и требуют применения металлического каркаса или рамы. Таким образом, проблема защиты металлического основания от коррозии сохраняется и для таких конструкций кузовов. Аналогично обстоит дело с кузовом автомобиля. Из синтетических смол широко изготавливаются отдельные элементы кузова, такие как брызговики, крышка багажника, капот и др.

Большое распространение в последние годы получили широкие цинковые ленты, покрытые с одной или двух сторон одинаковыми или разными защитными материалами. Такая лепта пригодна для обшивки автобусов, фургонов и прицепов. Промышленность выпускает листы с нанесенным покрытием, которые хорошо поддаются точечной сварке.

Основа листа «Цинкрометалл» - стальная лента с нанесенными водными растворами, содержащими соединения хрома и цинковую пыль. После высыхания на поверхности листа остается 2--3 мкм грунтовочного слоя, заменяющего фосфатное покрытие, которое, как известно, плохо осаждается на изгибах сложных деталей. После этого наносится второй слой смеси эпоксидного лака с цинковой пылью толщиной 10 мкм, который высыхает при температуре 260° С.

Таким образом, создается однородный слой толщиной 12 - 13 мкм, который может быть наложен с одной или с двух сторон листа. Такой металлический лист пригоден для штамповки (покрытие не повреждается), точечной сварки, обезжиривания струйным методом, а также для окраски. Эти листы применяются при производстве фургонов и сельскохозяйственных машин, для изготовления элементов кузовов легковых, грузовых автомобилей и автобусов (двери, крыша, капот, пороги). Выпуск таких листов непрерывно увеличивается.

Алюминиевый тонкий лист имеет толщину защитного покрытия несколько большую, чем оцинкованная сталь, и не содержит промежуточного хрупкого слоя, который получается у оцинкованной стали или листов, алюминированных конверсионным методом, обеспечивающим толщину металлического покрытия 100 мкм.

Листовая сталь, имеющая тонкие и эластичные покрытия цинком или алюминием (100 - 300 мг/м2), отличается хорошей штампуемостью и свариваемостью. Поэтому она нашла широкое применение при изготовлении рам, профилей, решеток и несущих элементов в фургонах, сельскохозяйственных машинах и автобусах. Кроме того, такая листовая сталь имеет хорошую коррозионную стойкость.

Алюминированная листовая сталь не имеет себе равных, как материал для глушителей и выхлопных труб. Благодаря хорошим декоративным качествам стальной лист, покрытый алюминием, применяется для изготовления кожухов, крышек и других частей сельскохозяйственных автомобилей, подверженных сильному коррозионному и механическому воздействию во время работы там, где лакокрасочные покрытия не выдерживают абразивного действия транспортируемого материала.

Декоративные детали из коррозионностойкой (хромоникелевой) стали часто применяются на европейских автомобилях, несмотря на то что требуется дорогостоящая обработка этих деталей для исключения царапин при штамповке. Стали с содержанием 17% хрома имеют плохую декоративность, хотя и применяются на французских и немецких автомобилях. Частицы соли и песка приводят к появлению на деталях язвенной коррозии.

Только хромовомолибденовые стали являются достаточно устойчивыми к коррозии. Однако обработка давлением таких сталей затруднительна. Все детали, изготовленные из коррозионностойкой стали, должны быть тщательно отполированы, так как при этом удаляются обедненные хромом поверхностные слои и деталь приобретает высокую коррозионную стойкость.

8.Атмосферная коррозия и наводороживание (дифундирование водорода в сталь)

При атмосферной коррозии происходит интенсивное наводороживание стальных деталей, которое зависит от влажности и загрязненности воздуха промышленными газами, такими как Н2S. У стали, насыщенной водородом, резко снижается сопротивление механическим нагрузкам и износостойкость. При работе подвижных деталей коррозионные процессы занимают большое место, особенно в процессе окислительного изнашивания и изнашивания при фреттинг-коррозии.

При таких видах изнашивания неизбежно произойдет наводороживание поверхности, образование микротрещин, резкое снижение сопротивления усталости и уменьшение сроков службы узлов трения. Пример: Московская область, Норильск, Батуми - содержание Н2 в мл/100 до испытания - 1,3, после - соответственно 32,2; 105 и 45,2.

9.Фреттинг-коррозия

Фреттинг-коррозия - это процесс разрушения плотно контактирующих поверхностей пар металл-металл или металл-металл в результате малых колебательных относительных перемещений.

Для возбуждения фреттинг-коррозии достаточны перемещения поверхностей с минимальной амплитудой 0,025 мм. Разрушение заключается в образовании на соприкасающихся поверхностях мелких язвин продуктов коррозии в виде налета, пятен и порошка. Этому виду подвержены не только углеродистые, но и коррозионностойкие стали в парах трения сталь-сталь, как одноименные, так и разноименные.

Вследствие малой амплитуды перемещения соприкасающихся поверхностей повреждения сосредотачиваются на небольших площадках действительного контакта. Продукты износа не могут выйти из зоны контакта, в результате возникает высокое давление и увеличивается их абразивное действие на основной металл.

При фреттинг-коррозии средняя относительная скорость движения соприкасающихся поверхностей может изменяться от 0,0055 до 2,5 мм/с. Если амплитуда поражения фреттинг-коррозией увеличивается, а картина изнашивания напоминает ту, которая происходит при однонаправленном скольжении. Все сказанное относится к несмазанным поверхностям.

Продукты фреттинг-коррозии стальных изделий в атмосфере воздуха цвет от светло-красно-коричневого до темно-коричневого в зависимости от марок материалов, давления,влажности и частоты циклов микросмещений.

Фреттинг-коррозия осуществляется также в вакууме, причем интенсивность изнашивания при фреттинг-коррозии в атмосфере воздуха выше,чем в вакууме. Если бы интенсивность изнашивания только силами трения, то она была бы выше в вакууме, чем на воздухе, поскольку силы трения в вакууме значительно больше. С учетом изложенного можно сделать вывод, что существенную роль в процессе фреттинг-коррозии играет окисление поверхностей трения или металлических продуктов разрушения. Вместе с тем на кинетику реакции окисления влияет и механический фактор. Таким образом, фреттинг-коррозия представляет собой вид разрушения металлов и их сплавов в мало и неагрессивных коррозийных средах под одновременным воздействием механических и химических факторов.

Язвины и продукты коррозии на сопряженных поверхностях валов и напресованных на них колес, муфт и колец подшипников качения, на запресованных в картерах вкладышах подшипников, на пригнанных поверхностях шпонок и их пазов, на центрирующих поверхностях шлицевых соединений, на опорных поверхностя пружин, на заклепках и в отверстиях,в заклепочных соединениях между листами, на болтах и т.п. - результат проявления фреттинг-коррозии.

Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентратором напряжений и снижают предел выносливости. Пример: Фирма «Ролс-Ройс» более полувека назад столкнулась с фактами коррозиональных повреждений и последующих поломок листов рессор. Предполагая вначале, что коррозия является следствием проникновения влаги между листами, фирма тщательно обработала рабочие поверхности листов, но корродирование и разрушение продолжалось. Так и не установив причин этого явления, вышли из положения, введя кадмиевое покрытие листов. Фактически здесь имела место фреттинг-коррозия, которая в то время не была еще широко известна как особое явление.

Механизм фреттинг-коррозии. При фреттинг-коррозии протекают следующие процессы. Под действием их трения кристаллическая решетка поверхностных слоев расшатывается при циклических смещениях и разрушается. При этом происходит отрыв частиц металла, размеры которых сопоставимы с атомными, а процесс разрушения происходит без удаления продуктов износа, которые подвергаются быстрому окислению. Дополнительным источником повреждения поверхностей может явиться возникающее местами схватывание сопряженных металлов.

1 вариант.

В зависимости от условий протекания фреттинг-коррозии непосредственному разрушению поверхности может предшествовать ее окисление и образование на ней химических соединений в результате повышенной активности атомов пластически деформируемой кристаллической решетки.

2 вариант.

По другому варианту процесс в начальной фазе следующий: перемещение и деформация поверхностей под действием переменных касательных напряжений происходит разрушение окисных и других пленок, обнажение чистого металла и местами схватывание, разрушение очагов схватывания и адсорбция ( поглощение) кислорода на обнаженных участках.

Механизм изнашивания при фреттинг-коррозии в упрощенном виде следующий. Первоначальное контактирование происходит в отдельных точках поверхности металла. При вибрации окисные пленки в зоне фактического контакта разрушаются, образуя небольшие каверны, заполненные окисными пленками. Эти каверны постепенно увеличиваются в размерах и сливаются в одну большую каверну. В ней повышается давление окисленных частиц металла, т. к. окислению металла сопутствует увеличение его объема, а затем на поверхности образуются трещины. Некоторые трещины сливаются и происходит откалывание отдельных объемов металла. Окисленные частицы металла производит абразивное воздействие, в то же время, в результате повышенного давления и сил трения частиц окислов, повышается температура и происходит образование белых твердых нетравящихся структур в отколовшихся частицах и на поверхности каверн. Твердость окислов металлов, как правило, больше твердости чистых металлов.

C увеличением давления, а в особенности амплитуды относительных смещений, скорость изнашивания при фреттинг-коррозии возрастает. Этот рост при повышении давления обусловлен увеличением площади контакта, поражаемой коррозией. Повышение частоты перемещений ускоряет изнашивание, но начиная с некоторой частоты, снижается активность факторов протекающих во времени ( окислительные процессы, наклеп и др. ) и рост скорости изнашивания уменьшается.

10.Методы борьбы с фреттинг- коррозией

Универсальных методов борьбы с фреттинг-коррозией пока не найдено, но для борьбы с ней следует:

уменьшить микросмещения;

увеличить силы трения;

сосредоточить скольжения в промежуточной среде.

Уменьшить относительные микросмещения можно путем придания деталям соответствующих конфигураций или посредствам повышения силы трения. Так применение двойных конических ступиц взамен цилиндрических не только повышает предел выносливости валов и осей, но и уменьшает проскальзывание, т.е. фактор, способствующий появлению фреттинг-коррозии.

Другим примером служит повышение давления в реальных узлах трения, приводящее к уменьшению проскальзывания в прессовом соединении вала и втулки: исследования показали, что при рабочей шейке вала o75мм, базе испытаний 107 циклов и разных натягах роликового подшипника повреждения прекращались при натягах 30мкм и более при нагрузке 12 кН. Таким образом, повышение натяга может в значительной мере уменьшать повреждения от фреттинг-коррозии.

Силы трения можно увеличить путем повышения коэффициента трения за счет увеличения шероховатости поверхности. Шероховатость поверхностей может длительно влиять на коэффициент трения, если один из элементов пары не является металлом. Другой метод увеличения силы трения состоит в нанесении на поверхность электролитического слоя меди, олова, кадмия и др. Сила трения возрастает за счет повышения фактической площади контакта сопрягаемых деталей. Так, кадмирование вкладышей, болтов и др. деталей для защиты от коррозии и фреттинг-коррозии широко распространено и в автомобильной промышленности. Однако при значительных микросмещениях (вибрация)эти покрытия сами подвергаются фреттинг-коррозии и быстро изнашиваются.

Если исключить вибрацию невозможно, то напрашиваются пути ослабления повреждения поверхностей в виде снижения силы трения или переноса скольжения в промежуточную среду (парадоксальное решение защиты танков применением динамической защиты). Для снижения удельной силы трения достаточно понизить давление или уменьшить коэффициент трения. В условиях фреттинг-коррозии обычные смазочные материалы не влияют на коэффициент трения, т.к. граничная пленка в процессе работы не пополняется и быстро разрушается. В качестве смазочных материалов применяют молибденит в виде порошка или пасты, свинцовые белила или их смесь с MоS2.

...