Защита автомобилей от коррозии

- слой меди в коррозионном и электрохимическом отношении обладает теми же свойствами, что и никель;

- сталь (железо) как металл основания наименее устойчива против коррозии по сравнению с металлами указанной системы;

в действительности защитно-декоративное покрытие является обычно последовательной комбинацией слоев меди, никеля и хрома, однако медь не является абсолютно необходимой частью этой системы.

Если поврежденное место поверхности с покрытием медь-никель-хром соприкоснется с электролитом, то создается гальванический элемент, в котором слой хрома становится катодом, а слой никеля, открытый в порах или трещинах, - анодом.

В этом элементе большая катодная поверхность (хрома) и очень маленькая анодная (никеля) создают условия, которые вызывают особенно быструю коррозию никеля. Коррозионное разрушение концентрируется в отдельных рассеянных точках, где происходит дальнейшее проникновение агрессивных компонентов через слой никеля и меди до самой поверхности стального основания, вызывая его коррозию под покрытием.

Большое значение при использовании никелевых и медных слоев имеет их сплошность. Чем более сплошными являются эти слои, тем больше антикоррозионная устойчивость всего покрытия.

Уменьшения пористости покрытия можно добиться:

- увеличением толщины отдельных слоев, что позволяет закрыть поры, проникающие до металла основания;

- увеличением общего числа слоев в покрытии;

- дополнительным механическим полированием промежуточных слоев;

- выполнением требований технологического процесса.

25.Грунтовые противокоррозионные покрытия

Грунтовые противокоррозионные покрытия бывают следующих видов:

- наносимые перед окраской, для получения требуемых защитных свойств и повышения адгезии лакокрасочных покрытий;

- противокоррозионные покрытия для временной (при хранении) защиты деталей, работающих обычно - в контакте с маслом или смазкой или подвергающихся относительно слабому коррозионному воздействию среды (инструмент, пружины, крепежные изделия и т. п.);

- антифрикционные покрытия, снижающие коэффициент трения совместно работающих деталей, сокращающие время приработки пар трения, увеличивающие сопротивляемость заеданию и обладающие хорошими защитными свойствами.

Грунтовые фосфатные покрытия. Они обладают хорошими защитными свойствами вследствие низкой пористости слоя. Покрытие защищает металл основания кузова от действия кислорода и водных паров, проникающих через окраску. Ввиду того что эти покрытия наносятся непосредственно на холоднокатаную сталь, важным требованием к ним является их устойчивость к механическим деформациям основания.

Сцепляемость фосфатных покрытий с металлом получается выше при использовании мелких кристаллов фосфата. Таким' образом, грунтовые фосфатные покрытия должны быть как можно менее пористыми при обеспечении мелкокристаллической структуры. Этим требованиям отвечают покрытия, основным компонентом которых являются фосфаты цинка. Фосфатные цинковые покрытия обычно наносятся тонкими слоями, толщиной 1-3 мкм. Реже наносятся покрытия фосфата железа, толщина которых обычно 0,3--0,8 мкм. Применяемый тер ми ч «покрытие из фосфата железа» не является вполне точным, так как покрытие содержит большое количество окислов железа. Покрытия из фосфата цинка и фосфата железа имеют аморфный характер.

Противокоррозионные покрытия. Имеют в своем составе фосфаты 'цинка или марганца. Покрытия обладают относите.-ыо большой удельной массой и высокой гигроскопичное.".те. Поэтому целесообразно получать средне- или крупнокристаллические покрытия плотностью 10--45 г/м2.

Антифрикционные фосфатные покрытия. Эти покрытия наносятся на детали, работающие при трении. Они обладают хорошими защитными свойствами, так как оказывают пассивирующее воздействие на металлическую поверхность. Антифрикционные свойства покрытия определяются равномерностью кристаллической структуры, размерами кристаллов, а также объемом полостей, в которых располагается смазка. Лучшие антифрикционные свойства получаются в покрытиях, которые имеют достаточный объем емкостей для смазки. Однородные кристаллические покрытия получили наибольшее распространен среди них широко применяются покрытия из фосфата марганца Фосфатные антифрикционные покрытия позволяют сократить время приработки трущихся поверхностей детален при трении скольжения. Кроме того, при этом практически исключается возможность заклинивания или заедания деталей.

Фосфатные антифрикционные покрытия. Эти покрытия способствуют уменьшению коэффициента трения сопрягаемых деталей при трении скольжения. Механизм действия антифрикционных покрытий связан с разделительными свойствами покрытия на стыке металлов, а также с адсорбцией масла в порах покрытия.

Как правило, применяются однофазные покрытия фосфата марганца с мелкокристаллической структурой, получаемые в процессе ускоренного фосфатирования. Фосфатирование проводится последовательным погружением в ванны с раствором или в специальные агрегаты. Технология процесса предусматривает: обезжиривание, промывку, фосфатирование, промывку и сушку. Пассивацию фосфатного покрытия заменяет операция насыщения покрытия эмульсией масла в воде. Таким способом защищаются детали на период хранения.

Обезжиривание проводится только в эмульсионных растворах или органических растворителях. Щелочное обезжиривание и травление не позволяют получать покрытия с требуемой кристаллической структурой. Примером деталей, которые фосфатируются таким образом, являются распределительные валы двигателей, ведомые валы и зубчатые колеса коробок передач, ступицы ведомого диска сцепления и зубчатых колес, поршневые кольца, летали задних мостов грузовых автомобилей.

Фосфатные грунтовки под лакокрасочные покрытия. Грунтовочные фосфатные покрытия наносятся в основном на кузова легковых и кабины грузовых автомобилей, автобусов и специальных машин, т. е. на детали, выполненные из холоднокатаного стального листа. Это чаще всего покрытия цинкового фосфата, мелкокристаллические, малой пористости.

Качество фосфатных покрытий определяется их структурой. Чем больше число центров кристаллизации, возникающих на поверхности металла основания, тем мелкозернистей будет структура слоя и тем меньше время, необходимое на образование фосфатного покрытия. Кроме того, покрытия на основе фосфата цинка содержат гопеит (ортофосфат цинка) и фосфсфиллит. Особенно благоприятное воздействие оказывает фосфофиллит, так как он заполняет пространство между относительно большими кристаллами гопеита. Пористость фосфатного покрытия уменьшается также после обработки в растворе ангидрида хромовой кислоты.

Технология нанесения, покрытий включает в себя группу подготовительных операций и работы, выполняемые после получения фосфатного слоя. Независимо от вида фосфатировапня, технологическим процессом предусматривается выполнение следующих операций: обезжиривание, промывка, фосфатирование, промынка, пассивация и сушка.

Для обезжиривания применяются, как правило, щелочные растворы. Это дешевые средства, хорошо очищающие поверхность от большинства загрязнений.

После обезжиривания детали тщательно промываются к проточной воде. Непосредственно перед фосфатированием детали промываются еще раз в теплой воде. Это необходимо для выравнивания температуры детали с температурой раствора, находящегося в ванне, а также для активации поверхностного слоя детали с целью получения мелкокристаллической структуры покрытия. В этом случае теплая вода содержит добавку активирующих солей, которыми чаще всего являются соли титана и полифосфаты натрия. Активация необходима для получения мелкокристаллических покрытий на протравленных или обезжиренных в сильнощелочных растворах (рН>10) поверхностях.

Непосредственно перед фосфатированием выполняется предварительная обработка, которая включает не более пяти самостоятельных операций, не считая вспомогательных работ, к которым относится предварительная протирка поверхности кузова шлифовальной шкуркой или ветошью, смоченной в органическом растворителе, с целью ускорения обезжиривания. Правильный выбор предварительной обработки имеет существенное значение для получения качественного фосфатного покрытия и обеспечения длительной работоспособности раствора для фосфатирования. Важную роль играет процесс ополаскивания деталей перед фосфатированием, выполняемый с целью исключения загрязнения ванны посторонними ионами, содержащимися в водопроводной воде.

Обработка деталей после фосфатирования также начинается с промывки. Как правило, это интенсивная промывка в проточной холодной воде, зачастую деминерализованной. Иногда после промывки в холодной воде проводится дополнительная промывка в теплой воде. На тщательность выполнения этой операции обращается большое внимание, так как остатки соли в растворе фосфатного покрытия приводят к быстрому образованию пузырей под лакокрасочным покрытием.

После промывки фосфатное покрытие уплотняется прополаскиванием в сильно разбавленном растворе СгО3 или Сг03+НзР04 для пассивации открытой поверхности металла в микропорах покрытия. После промывки в холодной проточной воде детали сушат, а затем покрывают слоем грунта.

Таким образом, учитывая все проделываемые при фосфатировании операции, можно считать, что число их доходит до одиннадцати. Однако процесс фосфатирования при нанесении грунтовых слоев под лакокрасочные покрытия из фосфатно-цинковых растворов состоит из 5 -7 операций.

Процесс фосфатирования распылением осуществляется в проходных камерах, снабженных подвесными транспортными средствами. Кроме того, широко применяется фосфатирование методом погружения, который позволяет тщательно нанести покрытие в труднодоступных местах, подвергаемых наиболее сильному коррозионному разрушению. Однако установки для фосфатирования кузовов методом погружения очень дороги и применяются только при больших программах выпуска автомобилей.

В зависимости от габаритных размеров кузова применяются два типа установок для фосфатирования.

Для относительно небольших кузовов, например микроавтобусов, применяются однокамерные агрегаты периодического действия. В таких агрегатах используется сокращенный цикл обработки, включающий 3 - 4 операции: обезжиривание, ополаскивание, фосфатирование и промывка. Растворы, применяемые для образования конверсионного покрытия, содержат фосфаты аммония или щелочных металлов. Поэтому в получающемся покрытии, кроме фосфатов, имеются также окислы железа. Защитные свойства покрытия относительно невелики из-за малой удельной массы. Однако оно обеспечивает тщательное удаление загрязнений с поверхности металла и хорошую адгезию лакокрасочного покрытия.

Фосфатирование автобусов производится на специальных стендах. Там, где очистка сточных вод не представляет особых трудностей, применяется распыление теплых бифосфатных растворов под большим давлением с присадкой, поверхностно-активных веществ (ПАВ). Некоторое применение для этих же целей имеют препараты с обезжиривающим и пассивирующим действием, преобразующие одновременно продукты коррозии. Эти препараты распыляются при температуре окружающей среды или наносятся кистью.

Фосфатирование проводится в проходной камере с механизированным перемещением деталей. Следует добавить, что этот раствор может быть использован при фосфатировании и методом погружения.

Покрытия из раствора фосфата цинка погружением наносятся на отдельные части автомобилей.

Фосфатные слои, являющиеся грунтовкой для лакокрасочных покрытий, получаемых методом электрофореза, должны обладать специфическими особенностями. Как известно, изделие, покрываемое посредством электрофореза, в процессе осаждения служит анодом. При прохождении тока металл анода растворяется и переходит как в осажденное покрытие, так и в раствор, находящийся в ванне. Это приводит к изменению цвета покрытия, ухудшению его антикоррозионных свойств и снижению прочности краски, разбавляемой водой. Фосфатное покрытие должно быть достаточно плотным и нерастворяемым.

Фосфатные противокоррозионные покрытия. В качестве противокоррозионного слоя применяются покрытия фосфата цинка и марганца с относительно большой удельной массой (в основном 10-45 г/м2). Покрытия, имеющие крупно- или среднекристаллическую структуру, получаются последовательным погружением и растворы. Такая технология используется для защиты деталей, хранящихся на складах, инструментов, а также изделий, которые нецелесообразно покрывать дорогостоящими защитными покрытиями ввиду относительно слабого коррозионного воздействия среды. Примерами таких изделий являются пружины н различные детали подвески. К наиболее часто употребляемым в РФ отечественным растворам относятся соли Мажеф.

26.Противокоррозионная защита автомобиля на этапе его изготовления и доставки потребителю

С точки зрения коррозии, на качестве кузовов в процессе их изготовления отрицательно сказываются:

- применение оловянно-свинцового припоя для выравнивания поверхностей в местах соединений панелей и неровностей кузова;

- наложение толстых слоев шпатлевки;

- использование листового металла, покрытого следами коррозии;

- некачественная противокоррозионная защита стыков; недостаточная промывка деталей автомобиля после фосфатирования;

- некачественное нанесение и сушка грунтовки;

- некачественное шлифование покрытия при выравнивании вмятин шпатлеванием;

- низкое качество лакокрасочных материалов; нарушение технологии окраски и сушки лакокрасочного покрытия;

- некачественная герметизация мастиками; низкое качество защиты от коррозии скрытых полостей.

На нижнюю часть кузова автомобиля наносится защитная мастика горячей сушки толщиной до 1 мм из химически устойчивого материала, такого, как поливинилхлорид (пластизоль). Однако, несмотря на это, автомобильные кузова подвергаются коррозии.

Причиной недостаточно качественной защиты от коррозии являются следующие специфические конструктивно-технологические недостатки:

- технологический процесс нанесения противокоррозионных средств позволяет покрывать только 70 - 90% поверхности загрунтованной нижней части автомобиля. Незащищенными остаются края крыльев и порогов, места около отверстий для крепления агрегатов шасси;

- противокоррозионные средства наносятся на кузов после его изготовления и сборки. Таким образом, такие элементы шасси, как ведущий мост, рулевое управление, топливный бак, рессоры, амортизаторы, топливопроводы, тяги, а также многие крепежные детали остаются незащищенными, так как они устанавливаются после защитной обработки кузова;

- указанные элементы шасси подвергаются непосредственному действию растворов солей, в то время как они имеют только либо защитное лакокрасочное покрытие толщиной 20--40 мкм, либо гальваническое покрытие толщиной 10 - 25 мкм;

- толщина грунтовки (30 мкм) на внутренних поверхностях закрытых профилей является недостаточной ввиду скопления в них влаги и грязи;

- несмотря на применение шпатлевок и герметиков для уплотнения соединений, не удается добиться абсолютной герметичности кузова.

Попадание влаги внутрь кузова приводит к быстрому его разрушению.

Готовые автомобили до момента начала эксплуатации хранятся на открытой площадке или в закрытом помещении завода, а затем доставляются к месту назначения автомобильным, железнодорожным или морским транспортом. Во время хранения и транспортировки, продолжающихся иногда длительное время, в автомобилях подвергаются коррозии как защитные покрытия, так и основной металл.

Разрушительное действие оказывают:

- угольная и коксовая пыль, опилки черных и цветных металлов;

- коррозионные загрязнения, содержащиеся в воздухе (распыленный сульфат аммония, хлористый натрий, двуокись серы);

- попеременно происходящие процессы конденсации и испарения влаги с поверхности кузова; с

- солнечная радиация;

- помет птиц.

Действие указанных агрессивных факторов различно во время эксплуатации автомобиля и в период его хранения и транспортировки. После окраски кузова лакокрасочное покрытие в течение месяца из-за недостаточной твердости пленки менее устойчиво к действию коррозионных и атмосферных загрязнений. Как правило, во время хранения и транспортировки автомобиль не моется и на кузове происходит накопление грязи, коррозионно-активных растворов. В результате действия этих разрушительных факторов происходит изменение покрытия, появляются посторонние вкрапления, начинается коррозии на кромках деталей, в местах уплотнения резиной и скопления влаги. Кроме того, проявляются дефекты, вызванные неправильной технологией противокоррозионной защиты автомобиля.

27.Уход за кузовом во время эксплуатации автомобиля

Защитное покрытие, нанесенное на новый кузов, во время эксплуатации автомобиля царапается, трескается, подвергается ударам, истиранию (механические факторы), а также износу в результате разрушительного воздействия солнца, мороза, воды, солей, двуокиси серы, моющих растворов и т. п. Эти повреждения возникают при нормальной эксплуатации автомобиля и практически их невозможно избежать.

При случайном механическом воздействии на кузов повреждаются наружные покрытия - декоративные и защитные, например, в нишах колес или на днище. Эти повреждения невозможно устранить при ремонте так, чтобы качество и надежность покрытий были такие же, как у заводских покрытий. На автозаводах применяются термообработка для нанесения мастики, фосфатирование, герметизация, т.е. процессы, требующие специального оборудования. Поэтому всякая авария значительно снижает коррозионную стойкость автомобильных покрытий.

Очень неблагоприятным фактором, влияющим на коррозию автомобилей, является их хранение на открытом воздухе в ожидании ремонта, особенно в осенне-зимний период, из-за осадков, соляного тумана и грязи. Агрессивные вещества проникают в стыки, под уплотнения, вызывая гораздо более интенсивную коррозию, чем во время эксплуатации, так как неподвижный автомобиль на воздухе корродирует быстрее и интенсивнее, чем находящийся на ходу. Следует помнить, что интенсивность коррозии определяется временем «увлажнения» металла, которое у автомобиля на стоянке больше, особенно, когда влага поверхностей не может испариться с металлических поверхностей. Названные направления действия коррозионных и механических факторов определяют основные методы борьбы с коррозией в период эксплуатации, а также указывают на зоны, где коррозия появляется особенно часто.

Дли уменьшения потерь от коррозии можно рекомендовать следующее:

- использование па автозаводах коррозионпостойких материалов, например, пластмасс или алюминия, специальных коррозношюстонких сталей, листовой стали со специальным покрытием и т. п.;

- уменьшение коррозионной активности электролитов, попадающих на автомобиль в результате применения химических средств борьбы с наледью на дороге, а также вследствие наличия в атмосфере двуокиси серы;

- регулярную мойку и противокоррозионную защиту в период эксплуатации автомобиля.

Использование в конструкции автомобиля материалов с повышенной коррозионной стойкостью реализуется на производстве с учетом экономической целесообразности. Уменьшение агрессивности электролитов в настоящее время технически невозможно, так как ингибиторы коррозии обладают рядом побочных отрицательных свойств, в том числе и токсичностью.

Ограниченное применение солей не дает положительных результатов, так как применение соли даже всего несколько раз в течение года достаточно для того, чтобы эта соль оказалась под крыльями машин. Кроме того, скорость атмосферной коррозии в пределах концентрации соли 0,1 - 10% не увеличивается.

Мойка автомобилей и нанесение защитных покрытий являются сейчас единственными средствами, применяемыми для улучшения условий эксплуатации машин. Нанесение защитного покрытия на внешние поверхности и в скрытые полости имеет здесь решающее значение. Особенно эффективным является метод защиты кузовов МЛ, разработанный в Швеции.

Противокоррозионное средство вводится по методу МЛ в скрытые полости кузова. При этом оно защищает грунтовку и лакокрасочное покрытие, находящиеся на внутренних поверхностях кузова в скрытых полостях (электрофорезная грунтовка 20--25 мкм), защищает металл в местах повреждения покрытия, проникает в щели между прилегающими друг к другу металлическими поверхностями, в которых задерживается влага.

Покрытия для временной защиты наружной поверхности кузова и частей шасси применяются в качестве дополнительной сезонной защиты лакокрасочных покрытий, а также мест, в которых произошло утонение покрытия, особенно на стыках и в местах прилегания деталей шасси к кузову.

Сочетание заводской защиты с временными защитными покрытиями в период эксплуатации автомобиля особенно важно. Само лакокрасочное покрытие не может достаточно надежно защитить шасси, так как оно тонко и подвержено механическим повреждениям.

Временные же защитные покрытия шасси эластичны при толстом слое и устойчивы к эрозии. Благодаря им противокоррозионные грунтовочные покрытия деталей шасси в меньшей степени подвергаются износу.

28.Способы защиты кузовов автомобилей

Коррозионные повреждения наружных металлических поверхностей, возникающие во время эксплуатации автомобилей, легко заметить и поэтому вовремя устранить. Коррозия кузова, развивающаяся с внутренней стороны, протекает скрытно и проявляется, когда коррозионные язвы проникают на всю толщину металла. Последствия сквозной коррозии устраняются заменой отдельных частей кузова с их последующей окраской.

Разрушительное действие механических и факторов на кузова автомобилей проявляется в направлениях:

- влияние атмосферы на лакокрасочные и покрытия;

- механическое воздействие песка и грязи, а также концентрированных растворов электролитов на нижние части кузова, крыльев порогов;

- влияние влаги на внутренние металлические поверхности в труднодоступных и закрытых местах.

Анализ повреждений кузовов вследствие механического и коррозионного износа позволяет определить методы борьбы с ним.

Снижение затрат на противокоррозионную защиту автомобилей во время эксплуатации возможно путем:

- применения конструкционных материалов, не подвергающихся коррозии (оцинкованная или алюминированная листовая сталь; синтетические материалы; коррозионностойкая сталь и др.);

- уменьшения коррозионной агрессивности веществ, применяемых при борьбе с гололедицей на дорогах, путем добавления к противогололедным средствам ингибиторов коррозии;

- применения эффективных средств для противокоррозионной защиты лакокрасочных и гальванических покрытий.

Применение коррозионностойкой стали при массовом производстве автомобилей нецелесообразно ввиду значительного повышения технологической себестоимости изготовления кузова. Попытки уменьшить коррозионную агрессивность электролитов при введении в них ингибиторов пока не дали положительных результатов. Из всех известных способов предохранения кузова автомобиля от химических средств борьбы с гололедицей практическое применение имеет защита днища и скрытых полостей противокоррозионными мастиками.

Впервые внутренняя защита или консервация закрытых пространств путем впрыскивания тонкоплепочного защитного средства через специальные отверстия, расположенные в разных местах.

Материалы для противокоррозионной обработки кузова и шасси автомобиля

Имеется широкая номенклатура материалов для защиты скрытых полостей кузова и шасси автомобиля. Средства, применяемые для консервации полостей кузова методом МЛ, должны иметь:

- хорошую текучесть и способность проникать в глубь стыков панелей кузова;

- способность вытеснять остатки влаги с металлической или окрашенной поверхности;

- хорошие защитные свойства по отношению к металлу кузова;

- устойчивость к эмульгированию и промывке водой; нейтральность растворителя, содержащегося в защитном материале, по отношению к лакокрасочным покрытиям и грунтовке, пластмассам и резине.

Известно много зарубежных изготовителей таких препаратов. Шведский препарат Тектил-ML, выпускаемый фирмой «Валволин Ойл», после нанесения на поверхность имеет однородное мягкое эластичное покрытие коричневого цвета. Шведская фирма «Астра-АБ-Тикамин» выпускает препарат Динитрол-ЗЗВ, который образует мягкое невысыхающее однородное покрытие светло-коричневого цвета.

Защитные средства, применяемые для предохранения основания кузова в период эксплуатации, изготавливаются из битумов, восков или их смесей. При нанесении кистью или при пневматическом распылении этих мастик они разбавляются органическими растворителями.

Защитные материалы для покрытия после высыхании должны обладать следующими свойствами:

- хорошей адгезионной способностью к металлическому или окрашенному основанию;

- малой гигроскопичностью;

- устойчивостью к действию низких температур;

- хорошими защитными свойствами но отношению к металлическим деталям;

- устойчивостью к ударным воздействиям;

- способностью сохраняться на не полностью высохшей поверхности;

- нейтральностью растворителя, содержащегося в защитном компоненте, по отношению к лакокрасочным и грунтовочным однослойным покрытиям, синтетическим веществам и резине.

Шведская фирма «Валволин Ойл» также выпускает защитную композицию для днища Тектил-Шасси, которая после нанесения имеет полутвердое, эластичное покрытие темно-коричневого цвета. Средство Динитрол-Кар, которое выпускается фирмой «Астра-АБ-Тикамин», обладает хорошей адгезией и после нанесения имеет полутвердое эластичное покрытие черного цвета.

29.Защита агрегатов и узлов автомобиля в период эксплуатации

Двигатель

Материалы. В автомобильной промышленности основным материалом, применяемым для изготовления двигателей, являются черные металлы (стали различных марок и чугуны), сплавы цветных металлов на основе алюминия, меди, цинка, магния и других металлов, неметаллические материалы (пластмассы, резина, асбест и др.).

Стали. Ввиду наличия самых разнообразных требований в части химического состава и механических свойств число используемых марок сталей весьма велико. Классификация сталей выходит за рамки книги, поэтому приводятся только некоторые их свойства. Кроме углеродистых сталей в качестве материала для изготовления деталей двигателя, применяются также легированные стали. Легирующие присадки (хром, никель, молибден, вольфрам, кобальт, титан и др.) повышают коррозионную стойкость деталей из них, а также износостойкость. Благодаря таким присадкам, как хром, алюминий, кремний, сталь подвергается пассивации и приобретает коррозионную стойкость к отработавшим газам при повышенной температуре, примесям воды в маслах, органическим и неорганическим кислотам. К коррозионностойким относятся жаростойкие стали, не меняющие своих свойств при повышенной температуре, например, в камере сгорания двигателя.

Чугуны. Количество углерода, содержащегося в чугуне, не является однозначным критерием оценки его коррозионно и износостойкости, так как химически связавший углерод (цементит Fe3C) придает чугуну одни свойства, а находящийся в свободном состоянии графит - другие. Поэтому при оценке коррозионной стойкости следует учитывать прежде всего форму, в которой находится углерод в чугуне, а не количество углерода. Для производства деталей автомобилей применяются серый, модифицированный, высокопрочный, ковкий и белый чугуны. Закаленный белый чугун содержит цементит и обладает большой твердостью и износостойкостью. По сравнению с белыми, серые чугуны обладают меньшей износостоек но отличаются большей прочностью (менее хрупкие). Присадки хрома, никеля, молибдена и другие увеличивают его коррозионную стойкость.

Сплавы цветных металлов. В двигателях медь применяется чаще всего в виде сплава с другими металлами, например с цинком (латуни), оловом (бронзы). Латуни менее стойки к действию коррозионных факторов, чем бронзы, которые хорошо работают в присутствии кислот, имеющихся в маслах. Под влиянием атмосферных факторов бронзы и латуни покрываются сульфатами и карбонатами меди, которые не разрушают металл и не вызывают образования коррозионных язв.

Алюминий и его сплавы стойки к действию атмосферных факторов. Для улучшения механических свойств к алюминию добавляются в определенном количестве медь, цинк, кремний, марганец, кобальт, хром, реже - железо, олово, сурьма и висмут. Твердые сплавы алюминия обычно многокомпонентные. Кроме магния и меди, в этих сплавах присутствуют кремний и марганец, а также никель и железо. Содержание отдельных компонентов сплава зависит от его назначения. Алюминиевые сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью при повышенных температурах благодаря наличию на их поверхности окисной пленки.

Сплавы цинка имеют ограниченную стойкость к коррозии. В присутствии влаги, растворов солей и отработавших газов сплавы цинка легко подвергаются межкристаллитной коррозии, что увеличивает их хрупкость вследствие образования язв. Сплавы цинка с алюминием не должны содержать примесей железа, так как оно ускоряет коррозию.

Пластмассы. Детали из пластмасс широко применяются в автомобилестроении, так как имеют целый ряд необходимых качеств, в том числе коррозионную стойкость. Из пластмасс изготавливают поплавки карбюратора и бензобака, крыльчатку водяного насоса, детали бензинового насоса и спидометра, гибкие валы и др.

Неметаллические материалы не подвержены классическим видам износа, характерным для металлических деталей. В процессе эксплуатации они подвергаются изменениям, которые снижают их пригодность и характеризуются общим понятием старения.

Коррозия двигателя и ее причины. Условия работы и назначение различных автомобильных деталей отличаются большой неоднородностью. Кроме того, автомобиль может находиться в разных климатических и эксплуатационных условиях. Среди всех агрегатов двигатель автомобиля, как правило, быстрее всего подвергается износу, что является результатом тяжелых условий работы. Некоторые из его трущихся частей работают в особенно тяжелых условиях и подвержены, кроме процессов износа, сложным коррозионным процессам, протекающим при повышенной температуре в химически агрессивной среде, создаваемой отработавшими газами. Другие детали двигателя, работающие в менее жестких условиях, подвергаются только атмосферной коррозии.

Коррозионные повреждения во время эксплуатации двигателя, как правило, сопутствуют изнашиванию в результате трения. При хорошей смазке поверхностей сопрягаемых деталей коррозионные процессы заметны мало. Следует отметить, что процессы эти во время эксплуатации автомобиля протекают значительно медленнее и их нельзя рассматривать самостоятельно. Например, эксплуатационный износ вкладышей коленчатого вала вызван трением, эрозией и коррозией.

Особенно опасна коррозия чугуна и стали во время длительных перерывов в работе двигателя, при его плохом обслуживании, при эксплуатации в коррозионной среде. Несмотря на то что трение возникает только на поверхности совместно работающих деталей, происходят изменения и внутри материала. Верхний слой металла детали, благодаря специальным технологическим приемам, имеет лучшие свойства по сравнению с внутренними слоями. Кроме того, коррозия всегда начинается на поверхности металла, а затем распространяется вглубь, ухудшая механические свойства материала. Среда, в которой протекают коррозионные процессы, оказывает доминирующее влияние на их характер. В зависимости от механизма протекания этих процессов в двигателях внутреннего сгорания возникает химическая, электрохимическая и фреттинг- коррозия.

Химическая коррозия. Возникает в результате действия на металл при повышенной температуре сухих газов (газовая коррозия) или вследствие коррозионного действия жидких веществ, не проводящих ток (масла). При такой коррозии на поверхности металла обычно образуются пленки окислов или сульфидов. Толщина окисной пленки зависит от длительности коррозионного процесса и температуры. Чем выше температура и продолжительнее процесс коррозии, тем толще становится пленка окислов. Пленки окислов железа не являются устойчивыми к тепловым и механическим ударам. Локальное разрушение такой хрупкой пленки является причиной дальнейшего развития коррозии в глубь металла. Окисление слоя металла при повышенной температуре с образованием на их поверхности слоя разных окислов является типичным проявлением газовой коррозии, которая наблюдается на электродах свечей, клапанах и деталях выпускного тракта двигателя.

Электрохимическая коррозия. Является результатом действия на металлы разных электролитов - воды с растворенными в ней газами и кислотами, щелочей, растворов солей. Коррозия в среде масляно-водной эмульсии, образующейся вследствие неисправностей или неправильной эксплуатации двигателя, также служит примером электрохимической коррозии.

Наиболее часто электрохимическая коррозия возникает в результате образования гальванических элементов между разными металлами, так называемых коррозионных пар. Во влажном воздухе или в газах при температуре выше точки росы пар конденсируется на внутренних частях двигателя и выполняет роль электролита. Электрохимическая коррозия отличается таким образом от газовой тем, что в ней происходят электрохимические процессы обычно при низкой температуре. Тем не менее этот тип коррозии встречается и в системе охлаждения, работающей при повышенной температуре.

Фретинг-коррозия. Одной из главных причин повреждений, определяемых часто ошибочно как износ в результате трения, является фреттинг-коррозия.

Несмотря на хорошие условия смазки трущихся деталей, на границе контактируемых поверхностей происходят химические процессы, вызванные механическим воздействием и принимающие активное участие в процессах фрикционного изнашивания. Особенно сильно фретинг-коррозия проявляется на поверхностях деталей, сильно прижатых друг к другу, но подверженных взаимным колебаниям (беговая дорожка подшипников качения, секции топливных насосов, шлицы и др.). В результате такого взаимодействия возникают коррозионные язвы, а между трущимися поверхностями появляются мелкие зерна окислов. Этот процесс, кроме того, связан с локальным выделением тепла, что приводит к химическим изменениям в смазочных средствах (окисление, смолообразование).

Следует отметить, что фретинг-коррозии подвергаются элементы, работающие без смазки или с малым ее количеством (винтовые соединения, шлицевые валы, направляющие элементы, заклепки и др.) и находящиеся под действием статической или динамической нагрузки. Колебательные движения таких элементов могут быть даже незаметными и, как правило, не превышают границ принятых допусков. В результате действия фретинг-коррозии происходит потускнение поверхности элементов вследствие осаждения продуктов коррозии (окислов) или частиц металла. В случае больших давлений и высокой частоты колебаний появляются глубокие выкрашивания и волнообразность поверхности. Затем появляются зазоры, бороздки, сваривание частей, а также трещины которые являются результатом растягивающего действия, продуктов коррозии. К сожалению, даже смазывание хорошими средствами не в состоянии предотвратить фретинг-коррозию.

Коррозионные повреждения могут проявляться по-разному. В зависимости от агрессивности среды и марки металла встречаются следующие виды коррозии: равномерная, точечная, язвенная, межкристаллитная, транскристаллитная и подповерхностная. Наиболее опасны межкристаллитная и язвенная коррозии, распространяющиеся в глубь металла и вызывающие растрескивание вследствие появления в поверхностном слое надрезов. Совместное действие коррозии и напряжений особенно опасно для механизмов, работающих при переменной нагрузке.

В большинстве случаев полностью предотвратить коррозию невозможно. Защита состоит только в замедлении коррозионного воздействии среды.

Снижении износа деталей двигателя от трения и коррозии можно добиться лишь тщательной фильтрацией масла и топлива, а также регулярной заменой масла.

Наличие в маслах и топливе загрязнений, а также соединений серы значительно ускоряет скорость протекания коррозионных процессов и вызывает коррозионные разрушения в период длительного простоя двигатели. Кроме того, выделившиеся из масла капли воды в соединении с оставшимися от сгорания агрессивными газами образуют жидкие водные эмульсии или электролиты. Они покрывают гладкую поверхность цилиндров, образуя гальванические элементы, которые, в свою очередь являются источником местной электрохимической коррозии Поэтому необходимо уделять должное внимание функционированию системы вентиляции картера которая позволяет своевременно удалять продукты распада и сгорания топлив, содержащих этиловую жидкость.

В периоды длительного простоя автомобиля и во время его хранения, например зимой, происходит сильное коррозионное разрушение поверхностного слоя металла деталей двигателя, работающих на трение. Образующийся в результате коррозии влажный гидрат окиси железа покрывает трущиеся поверхности, что затрудняет их смачивание маслом и пуск двигателя, а также значительно ускоряет износ. Образовавшиеся на поверхности очаги коррозии проникают в глубь металла. В результате электрохимической коррозии на трущейся поверхности образуются значительные язвы, придающие поверхности определенную шероховатость. В результате этого увеличивается фактическое удельное давление на поверхности деталей, которое приводит к образованию локальных выкрашиваний металла.

Профилактические меры. Процесс естественного изнашивания двигателей и всего автомобиля неизбежен и чаще всего не зависит от владельца. Он является результатом взаимодействия сложных процессов, таких, как трение, усталость и коррозия металла. Однако в ряде случаев разрушительное действие одного из этих факторов является доминирующим и совершенно очевидным.

В борьбе с коррозией чугуна и стали применяется много разных методов, которые в зависимости от механизма действия процессов изнашивания в определенных средах оказывают значительное влияние на величину и скорость коррозии. К числу мероприятий, позволяющих уменьшить потери от коррозии деталей двигателя, можно отнести следующие.

1) Введение в металл деталей легирующих добавок, которые позволяют повысить коррозионную стойкость. При выборе материала детали наряду с противокоррозионными свойствами необходимо учитывать стоимость, технологические и другие свойства.

2) Исключение использования в узлах металлов, ускоряющих коррозию прилегающих деталей.

3) Широкое использование различных видов термохимической (цементация, азотирование, цианирование) и термической (закалка, отпуск) обработок, позволяющих получать более качественные поверхностные свойства деталей.

4) Применение металлических или неметаллических покрытий, наносимых: погружением в ванну расплавленного металла (лужение, цинкование, свинцевание); гальваническим способом (твердое хромирование шеек коленчатого вала, плунжеров топливного насоса, цилиндров двигателя); диффузией в верхний слой металла (шерардизация, алитированне, диффузионное хромирование); химической обработкой поверхности металлов (оксидирование, фосфатирование, хроматирование); окрашиванием для обеспечения противокоррозионной защиты или создания пленки, устойчивой к воздействию высоких температур.

5) Применение топлив и смазок, содержащих ингибиторы коррозии.

6) Снижение естественного коррозионного износа деталей правильной эксплуатацией двигателя, состоящей в своевременной замене масел и в регулярном контролировании кислотности охлаждающих жидкостей.

Прекращая эксплуатацию автомобиля на длительное время, следует изолировать внутреннюю часть двигателя от атмосферного воздуха и провести соответствующую консервацию.

Кроме того, необходимо:

- защитить автомобиль от атмосферного влияния и прежде всего от резких изменений температуры, которые благоприятствуют конденсации влаги внутри двигателя;

- периодически проворачивать коленчатый вал двигателя с вывернутыми свечами до появления свежего слоя масла на трущихся поверхностях.

Если автомобиль часто устанавливают на продолжительную стоянку, следует использовать для двигателя рабоче-консервационное масло.

Цилиндры

Материалы. Цилиндры в современных двигателях выполняются непосредственно в блоке или как сменные гильзы (мокрые и сухие). Часто в верхней части цилиндры имеют вставки из аустенитного чугуна, отличающегося хорошей износоустойчивостью.

В качестве материала для блоков двигателей с вставными гильзами применяются серый чугун и сплавы алюминия. Для вставных гильз цилиндров применяются специальные легированные чугуны, обладающие износоустойчивостью, коррозионно-и жаростойкостью.

Большая коррозионная стойкость алюминиевых сплавов, их хорошие технологические свойства (обрабатываемость, жидкотекучесть) и прочность дают возможность применять их также для блоков двигателей и гильз. Такие цилиндры хромируются, что значительно увеличивает время их работы между ремонтами и улучшает коррозионную стойкость.

Причины коррозии. Износ цилиндра двигателя вызывает изменения размеров его поверхности как в поперечном, так и в продольном направлениях, приводящих к появлению соответственно овальности и конусности, превышающих допустимые значения.

Изнашивание зеркала цилиндра наступает от трения поршневых колец и вследствие коррозии. Овальность цилиндров, проявляющаяся особенно в верхней части, может иметь разные причины. Однако основной является эрозионное действие струи горячей смеси, поступающей через всасывающий клапан, что приводит к сильному износу цилиндров напротив него. Особенно интенсивно это происходит при низкой температуре стенок цилиндра из-за конденсации смеси и смывания слоя масла.

Коррозионный износ является следствием действия на зеркало цилиндра, поршни и кольца продуктов сгорания газообразного или жидкого топлива, а также продуктов окисления масла. Этот износ увеличивается при наличии воды, конденсирующейся па холодных стенках в период простоя двигателя.

Влияние топлива и продуктов его сгорания на износ цилиндров зависит от наличия кислых соединений минерального происхождения или образовавшихся в результате старения топлива. Особенно пагубное влияние оказывает содержащаяся в топливе сера, а также свинец, имеющийся в этиловой жидкости, добавляемой к бензину с целью повышения его октанового числа. Сернистые соединения в принципе малоактивны и их действие на цилиндры проявляется лишь после длительной эксплуатации двигателя. Агрессивность их возрастает в условиях повышенной влажности воздуха вследствие конденсации водяного пара на холодных стенках цилиндров.

Коррозионные процессы при интенсивной эксплуатации двигателя играют второстепенную роль. Однако при небольших периодах работы и длительном простое двигателя эти процессы становятся очень опасными. Например, особенно сильна коррозия при длительном хранении недостаточно защищенного автомобиля под открытым небом при больших температурных перепадах. Практически можно считать, что хранение неработающего двигателя в течение 10 - 14 дней создает достаточные условия для возникновения очагов коррозии на незащищенной поверхности цилиндров. Такой коррозионной активности в большой степени способствует действие продуктов сгорания и их загрязнений, которые в соединении с водными парами, проникающими в цилиндр вместе с атмосферные воздухом, образуют электролит. Вследствие этого появляются локальные гальванические элементы, вызывающие точечную коррозию, которая затем переходит в язвенную.

На коррозионный износ поршней и колец влияет также качество масла, применяемого для двигателя. Из-за обильною смазывания масло защищает их от коррозии и значительно уменьшает износ. Однако масло, несмотря на постоянное фильтрование, подвергается постепенному разжижению топливом и водой, конденсирующейся в картере двигателя. Такая смесь масла, топлива и воды способствует появлению химической или электрохимической коррозии, разрушающей детали цилиндропоршневой группы.

Профилактические меры. Износ цилиндров поршней и колец можно предупреждать:

- выбором оптимального топлива и масла, улучшением фильтрации воздуха, топлива и масла, а также обеспечением соответствующих температурных условий работы двигателя. Например, не следует забывать, что во время пуска холодного карбюраторного двигателя богатая смесь смывает масляную пленку с зеркала цилиндра. Это приводит к появлению сухого трения и одновременно уменьшает коррозионную стойкость;

- технологическими мерами, применяемыми при производстве для повышения стойкости деталей как к трению, так и к коррозии.

Например, высокую стойкость к изнашиванию и коррозии можно получить при хромировании гильз цилиндров ил колец. Очень важным параметром коррозионной стойкости является также шероховатость поверхности гильзы. Плохо обработанные поверхности затрудняют смазку, приводит к разрыву масляной пленки, вследствие чего появляется сухое и полусухое трение. Кроме того, грубо обработанная поверхность гильзы способствует накоплению агрессивных агентов в раз- пых углублениях и неровностях, что приближает начало коррозионного процесса. Поэтому тщательность механической обработки зеркала цилиндра, а также термическая или химико-термическая обработка имеют решающее влияние на износ цилиндров.

Головка блока цилиндров

Материалы. Головки цилиндров отливаются из серого чугуна или из сплавов алюминия. Последние легко отливаются под давлением и в кокиль. Они хорошо обрабатываются и после специальной обработки имеют хорошую износоустойчивость и коррозионную стойкость.

Причины коррозии. Головка цилиндра работает в особенно неблагоприятных коррозионных условиях, так как постоянно соприкасается с горячими отработавшими газами при одновременном прохождении через ее каналы охлаждающей жидкости. Такие условия благоприятствуют коррозии в охлаждающих каналах.

Практически износ головки происходит в большей степени в результате механических повреждений, чем коррозионных. Тем не менее нельзя игнорировать коррозию, так как она часто все же бывает доминирующей причиной износа. К коррозионным повреждениям головки следует отнести иногда появляющиеся трещины, в результате чего вода из охлаждающих каналов попадает в камеру сгорания. Вследствие этого появляется газовая коррозия, протекающая при высокой температуре в среде горячих отработавших газов. Образование трещин в чугунных деталях, работающих длительное время при высоких температурах, объясняется выделением графита. В образовавшиеся поры под высоким давлением и при большой температуре в материал проникают горячие газы, вызывающие структурные изменения материала головки.

Кроме этого, на развитие в головке коррозионных процессов влияет качество топлива и охлаждающей жидкости. Применение топлива с малым содержанием смол и тяжелых фракций препятствует образованию нагара как на головке, так и на поршнях и клапанах. Помимо того что нагар отрицательно влияет на работу двигателя, он резко увеличивает скорость коррозионных процессов на поверхности головки двигателя со стороны камеры сгорания.

Головки подвергаются также коррозии в каналах для охлаждающей жидкости. Протекающая через них вода или антифриз, замерзающий при низкой температуре, содержит кислоты и неорганические соли (сульфаты, хлориды и др.), вызывающие электрохимическую коррозию. Накипь, откладывающаяся на внутренних стенках каналов, кроме вредного действия на работу системы охлаждения вследствие ухудшения теплопроводности, значительно ускоряет коррозию головки. В головках наблюдается также коррозионный износ краев отверстий охлаждающих каналов, а также значительное количество очагов межкристаллитной коррозии.

Профилактические меры. Коррозию головки блока можно уменьшить правильной эксплуатацией двигателя, в частности, применением соответствующего топлива, своевременным снятием нагара, исключением использования агрессивных охлаждающих 'жидкостей.

Поршни и поршневые кольца

Поршни. Изготовляются из прочного и твердого материала, устойчивого к действию высоких температур. Кроме того, он должен быть по возможности легким, так как от массы поршня зависят силы инерции, возникающие при работе двигателя. Как правило, поршни для карбюраторных и впрысковых двигателей изготовляются из сплава алюминия с добавлением меди и кремния. Поршни многих дизельных двигателей изготовляются из чугуна.

Ввиду исключительно тяжелых условий работы поршней после изготовления их подвергают различным дополнительным видам обработки. Например, применяются оксидирование, хромирование.

Как цилиндры и головки, поршни подвержены (непосредственному коррозионному действию горячих газов, топлива и масел. В результате химического и термического действия этих элементов в верхнем слое днища поршня возникает язвенная коррозия, а также происходит выгорание некоторых компонентов сплава, что ведет к изменению структуры материала и уменьшению его прочности. Коррозионные процессы иногда приводят к прогоранию днища поршня.

При работе двигателя на днище поршня и в пазах для колец откладывается нагар в результате попадания в камеру сгорания масла. Осаждению нагара способствует также окисление масла, присутствие тетраэтилсвинца в бензине, а также загрязнения в топливе и масле.

Следует подчеркнуть, что коррозия, вызываемая действием горячих газов и масла, а также особыми условиями работы поршня, менее опасна при эксплуатации двигателя, чем износ боковых стенок поршня, вызываемый трением. Кроме того практика показывает, что поршни изнашиваются значительно медленнее, чем цилиндры.

Дли повышения срока службы поршней необходимо, прежде всего, тщательно соблюдать рекомендации завода-изготовителя и ремонтного предприятия в отношении режимов эксплуатации и обслуживания. При эксплуатации двигателя нужно следить за условиями работы, особенно в начальный период эксплуатации, своевременно доливать или заменять масло, рекомендованное инструкцией, содержать в чистоте масляные и воздушные фильтры, а также соблюдать правильный тепловой режим двигателя.

Поршневые кольца. Метод изготовления поршневых колец, а также материалы (различные марки чугуна) выбирают в зависимости от назначения и типа двигателя. После обработки кольца проходят нормализацию и закалку, а иногда фосфатируются или хромируются.

Часто наружная поверхность колец покрывается слоем пористого хрома толщиной 0,10 - 0,15 мм. Это значительно увеличивает их поверхностную твердость и сопротивление износу, но вместе с тем интенсифицирует износ поверхности цилиндра. Иногда на слой хрома наносят мягкий антифрикционный слой олова или подшипникового сплава для увеличения срока службы колец и лучшей приработки . их к цилиндрам.

В результате износа колец в картер двигателя проникают отработавшие газы, а масло попадает в камеру сгорания, что значительно увеличивает расход масла.

Проникновению отработавших газов в картер двигателя во время рабочего хода и топлива при сжатии рабочей смеси способствуют неточное изготовление деталей и некачественное выполнение сборки, особенно во время ремонта. В результате этого больше расходуется масла и значительно сокращается ресурс его использования. Невысокое качество обработки, неправильная сборка цилиндропоршневой группы во время ремонта, а также применение несоответствующих масел и топлива ускоряют процесс нагарообразования на кольцах и способствует коррозионному разрушению. Отложение нагара вызывает залегание колец, в результате чего они не могут свободно перемещаться в пазах поршня.

...