Магистерская работа: Розробка прогресивних заходів захисту сільськогосподарської техніки від корозії та зносу

Рис. 1.3. КЧ, які впливають на СГТ

Для використання в сільському господарстві рекомендована широка номенклатура захисних матеріалів, що випускаються вітчизняними виробниками. Однак на практиці існує великий дефіцит таких матеріалів з ряду причин:

відсутня наукова концепція розробки захисних матеріалів, в результаті чого вони мають низьку ефективність, обмеження в застосуванні і відсутністю поліфункціональних властивостей ;

значно знизилася сировинна база для виробництва інгібіторів корозії через зупинки великого числа хімічних підприємств;

припинено випуск протикорозійних матеріалів великими нафтопереробними підприємствами, так як по рентабельності їх виробництво не може конкурувати з прибутком від виробництва палив і робочих масел.

Існують проблеми з придбанням технічних засобів, для нанесення консерваційних матеріалів будь-якої в'язкості і при знижених температурах навколишнього середовища.

Перед фермерами проблема зберігання машин стоїть ще гостріше, ніж у великих господарствах. Комбайни і сільгоспмашини вони використовують не - більше 3...10 днів, а трактори - 40...50 днів у році. У фермерських господарствах повністю відсутні профільовані майданчики з твердим покриттям, і криті стоянки для зберігання техніки. У багатьох господарствах немає фахівців, здатних займатися підготовкою машин до зберігання, обслуговуванням техніки під час зберігання і зняття її зі зберігання. Все це призводить до невиправданих витрат грошових коштів на відновлення працездатного стану машин, скорочує термін служби СГТ [ 29].

1.2 Особливості корозії і зносу техніки в сільському господарстві

Аналіз умов роботи зернозбиральних комбайнів, тракторів та іншої техніки дозволив виявити основні фактори, що викликають руйнування деталей, складальних одиниць і спряжень [ 30]:

агресивність і абразивність зовнішнього середовища, що зумовлюють наявність частинок ґрунту і добрив на поверхнях СГТ;

вплив навколишньої температури і атмосферних опадів, що сприяє утворенню плівки вологи;

динамічні навантаження;

початковий стан поверхонь: шорсткість, твердість і т. д.

Постійний вплив комбінацій зазначених факторів викликає різноманітні руйнування. Найбільш типовими видами таких руйнувань є: атмосферна корозія, корозійно-механічний знос, корозійна втома, корозійне розтріскування, фреттинг-корозія . Вивчення стану різних машин після 1 ... 3 років експлуатації дозволяє зробити висновок: корозійного впливу навколишнього середовища в тій чи іншій мірі схильні більше 70...80 % деталей і складальних одиниць цих машин. Отже, корозійні руйнування - об'єктивний і закономірний результат впливу навколишньої атмосфери і термодинамічної нестійкості металевих матеріалів, з яких виготовлені деталі машин [ 31].

Корозійні руйнування, викликаючи втрату маси, змінюючи шорсткість поверхонь деталей, інтенсифікують знос сполучень, знижують міцність від утоми , викликаючи появу численних тріщин і розривів металу, особливо в тонколистових металоконструкціях і зварних з'єднаннях. Внаслідок цього знижуються працездатність і ресурс машин та їх елементів, зростають витрати на ремонт та усунення наслідків відмов.

Аналіз критеріїв граничного стану систем, агрегатів і складальних одиниць зернозбирального комбайна СК-5 показав, що такі ресурсні відмови, як граничні деформації корпусів жатки, похилої камери і молотарки, зноси, тріщини, злами сполучень і складальних одиниць основних систем і агрегатів, викликані спільним впливом механічних і кліматичних навантажень навколишнього середовища і супроводжуються корозією металу.

За даними для комбайнів СК -5 і тракторів К -701, що надійшли в перший капітальний ремонт після 2...3 років експлуатації, корозійних руйнувань піддаються деталі і складальні одиниці комбайна 224 найменувань та деталі трактора 150 найменувань. Площа корозійних поразок кожної деталі або складальної одиниці становила від 15 до 90 % поверхні.

Виявлено залежності глибини корозійного поразки і втрати маси металу від тривалості зволоження поверхонь [ 31]. Для вуглецевих сталей марок ст.З і 08кп ці залежності стосовно до умов зони 1 апроксимуються показовими функціями.

1.3 Огляд засобів захисту від атмосферної корозії

Захист СГТ від атмосферної корозії при зберіганні являє собою систему забезпечення збереженості (рис. 1.4) складальних одиниць, агрегатів і деталей машин у період зберігання; сприяє її високій готовності до використання за призначенням. Основне місце в структурі системи забезпечення збереженості техніки займають консерваційні матеріали, такі як консерваційні і робочо-консерваційні нафтопродукти та спеціальні плівкові покриття, що містять маслорозчинні інгібітори корозії (МІК). Авторами [48...54] запропоновано класифікацію контактних ІК як поверхнево-активних речовин (ПАР) з розподілом їх на водорозчинні (ВІК ), водомаслорозчинні (ВМІК) і маслорозчинні (МІК). Інгібітори всіх типів є ПАР, які за олеофільно-гідрофільному або гідрофільно-ліпофільного балансу і критичній концентрації міцелоутворення в полярному (водневому) або малополярному (вуглеводневому) середовищі ділять на п'ять груп [50...54]. По механізму дії ВМІК і МІК у вуглеводневих середовищах, згідно [48...54], діляться на ІК хемосорбційного типу - донори або акцептори електронів, на ІК

Рис. 1.4. Структура системи забезпечення захисту СГТ від корозії і старіння

В останні роки набули поширення так звані комбіновані маслорозчині інгібітори корозії (КМІК) [53].

По відношенню до нафтопродуктів розрізняють захисні (консерваційні) властивості ІК - здатність захищати метали від корозії в тонкій плівці в системі «метал-нафтопродукт-електроліт», де переважає електрохімічна корозія, і протикорозійні властивості (корозійну агресивність) в системі «метал-нафтопродукт». Як правило, при підвищеній температурі (100...200 °С) в системі «метал-нафтопродукт » переважає хімічна корозія [53].

Із загальної кількості ІК, які виробляються і застосовуваються до 80 % складають МІК - захисні і протикорозійні присадки, які використовуваються, головним чином, для інгібування нафтопродуктів - бензинів, дизельних і реактивних палив, масел, а також консистентних мастил - (КСМ), плівкоутворюючих інгібірованих сумішей (ПІС), захисних водовиштовхуючих сумішей (ЗВВС); мастильно-охолоджуючих технологічних засобів (МОТЗ), деяких видів грунтовок, лаків і фарб [53].

1.3.1 Маслорозчині інгібітори корозії

Механізм захисної дії МІК обумовлений впливом ряду факторів, серед яких основними є: будова і властивості органічної сполуки, характер її взаємодії з металевою поверхнею, склад і специфіка контакту корозійного середовища з захисним об'єктом [49, 50, 55].

Інгібітори донорного дії. До МІК донорного дії відносяться нітровані масла; сульфонатні інгібітори, які вироблялися раніше: Консулим-1, Консулит-73, Карбин -3, Сулін; інгібітори серії ВНХ; алкілбензосульфонати Na, Са, Ва, РЬ. Вони використовувалися як компоненти ПІНС й присадки до моторних і трансмісійних масел [40, 48, 50].

Інгібітор ВНХ-1 (ТУ 6-02-7-110-78) - пастоподібна речовина або в'язка рідина коричневого кольору зі слабким специфічним запахом. Температура кипіння - 290 °С, температура застигання - менше 8 °С, густина при 50 °С - 930...950 кг/м³. Добре розчиняється в етиловому спирті, бензолі, ацетоні, помірно - в бензині і мінеральних маслах. У базові масла вводять 1...3% ВНХ-1.

Інгібітор ВНХ-5 (ТУ 6-02-7-128-79) - в'язка рідина зі слабким специфічним запахом, нерозчинна у воді. Добре розчиняється в етиловому спирті, бензолі, діетиловому ефір , вуглеводневих розчинниках. У товарні масла вводять 1...2% ВНХ-5. Кумулятивні властивості виражені слабо.

Інгібітор ВНХ-101 (ТУ 6-02-7-152-82) - пастоподібна речовина коричневого кольору зі слабким специфічним запахом, нерозчинна у воді. Добре - розчиняється в етиловому спирті, вуглеводнях, в 100 г індустріального масла розчиняється 1 г інгібітору. Температура кипіння - 230 °С, температура застигання - 35 °С, густина при 50 °С - 890 кг/м. У товарні масла вводять 1% інгібітору [56...59].

Інгібітори серії ВНХ малотоксични і захищають від корозії вироби з чорних металів, міді, алюмінію і їхніх сплавів.

Інгібітори акцепторного дії. До МІК акцепторного дії відносяться такі інгібітори, як БМП ( алкіларилсульфоамід сечовини), СІМ (сукцінімід сечовини), Карбин-1, Карбин-2 (синтетичні сульфонати), основа Манніха (продукт конденсації алкілфенолу, формальдегіду, диетилентріаміну і олеїнової кислоти), МСДА-1, МСДА-2, МСДА-11, МСДА-16, МСДА-18, МСДА-20, М-1, М-2 та ін.

Інінгібітори серії МСДА (ТУ 6-02-834-78) загальної формули (С₆Н₁₁)₂NНС_nH_2n+1COOH, де n=10...20, являють собою суміші комплексних солей дициклогексиламіна і синтетично жирних кислот (СЖК). Це пастоподібні речовини від світло-коричневого до темно-коричневого кольору з густиною 910...930 кг/м, температурою плавлення 40...50 °С (МСДА- 1), 50...60 °С (МСДА-2) і температурою застигання 15...20 і 25...30 °С відповідно. Застосовуються у вигляді присадок до мінеральних масел, дизельним палив в кількості 1...3 % і для консервації металевих виробів із сталі, чавуну, алюмінію в інтервалі температур від -20 °С до +50 °С. Не захищають від корозії вироби з кольорових металів, але і не викликають їх корозію. Законсервовані вироби загортають у парафінований папір. Внутрішні порожнини механізмів герметизуються. Вибухонебезпечні, токсичні (ПDК_р.з.-1 мг/м). Погіршують якість поверхонь, забарвлених нітро- і пентафталевими емалями, лаками холодної сушки [55, 59].

Інгібітори М-1 і М-2 (ТУ 6-02-1132-78) загальної формули C_nH_2n+iCOOHC₆H₁₁NH₂ , де n=10...20, являють собою солі циклогексиламіну і СЖК. За агрегатним станом - пастоподібні речовини світло-коричневого кольору з густиною 910...930 кг/м³, температурою плавлення 40...50 °С (М-1), 70...80 °С (М-2) і температурою застигання 20 і 55 °С відповідно. М-1 відноситься до класу ВМИК, тому при консервації техніки на відкритому майданчику і в умовах підвищеної вологості він переходить у водну фазу, що виникає на кордоні «захисна поверхня-консервант». У базові масла додають 1...3% M-1 і М-2. Інгібітори малотоксичні, ПDK_р3 - 10 мг/м³. Так як МСДА інгібітори серії М не захищають кольорові метали, але і не викликають їх корозію [55, 57, 59].

В [60] пропонується МІК групи заліза, що представляє собою продукт приєднання поліаллооциміна і малеїнового ангідриду в реакції Дільса-Альдера (ступінь приєднання - 20...30 %) з добавкою діетилентріаміну.

Багаторазово вивчалися протикорозійні властивості аліфатичних амінів та їх похідних [6, 56, 61, 62].

В [63, 64] показана можливість використання в якості поліфункціональної присадки емульгін, що представляє собою суміш вищих первинних і вторинних амінів.

В [65, 66] вивчені поліфункціональні властивості таких МІК, як ТВК-1 - продукту ациліровання поліетиленполіаміну СЖК фракції C₂₁-C₂₅ в співвідношенні 1:1, і Гідразекс-89 [65] - продукту конденсації диметилгідразіна з хлорпохідними алкановими вуглеводнями.

В [67] показано можливість використання як МІК гексадециламіна C₁₆H₃₃NH₂ і ІФХАН-29 - продукту взаємодії талового пеку з вищими аліфатичними амінами при введенні спеціального каталізатора. В [68] вивчені протикорозійні властивості талових масел та їх похідних - імидозалінів.

В [60, 69, 70] показана висока ефективність амідів - вищих ненасичених і насичених карбонових кислот - лауринової, олеїнової, ерукової, стеаринової як ІК і загусників мінеральних масел. Захисний ефект композицій амідів в індустріальному маслі стосовно сталі в 3 %-ному розчині NaGl становить 85...99 %. Зростання вуглеводневого радикала амідів і збільшення концентрації підсилюють загущаючий і захисний ефекти цих ПАР [71]. Крім того, аміди карбонових кислот за токсикологічними характеристиками відносяться до 4 класу небезпеки.

В [72] встановлено, що амінопохідні симм-тріазина, містять вищі алкільні радикали, первинні аміногрупи і фрагменти n-амінофенолу або 2-амінотіазола, володіють високими захисними властивостями і можуть застосовуватися в якості ефективних інгібіторів до індустріальних і моторних мастил.

Інгібітори екрануючого дії. До МІК екрануючого дії відносяться: сіль СЖК фракції С₁₀-С₁₂ і сечовини (компонент ПС); окислений петролатум (ІК до мастил, смазкам і ПИНС); ланолін (компонент ПИНС); випускалися раніше за ГОСТ 10584-63 інгібітори МНІ-3 (слабоокислий петролатум), МНІ-5 (отримують екстрагуванням кисневмісних продуктів легким маслом з МНІ-3) і МНІ-7 - окислений церезин (ІК в консистентних мастилах ПВК, ГОИ-54П); складні ефіри диетиленгліколю і α-розгалужених СЖК С₅-С₉; кислі ефіри двоосновних кислот; поліефіри та ін [48...50].

Комбіновані інгібітори. На підставі досліджень, проведених в роботах [48...50, 73, 74], сформульований принцип отримання комбінованих захисних присадок, консерваційних і робочо-консерваційних продуктів, що полягає в поєднанні маслорозчиних ПАР-ІК донорної, акцепторної і екрануючої дії (КМІК).

Синергетичний ефект посилення захисних властивостей при поєднанні анодного і екрануючого інгібіторів був використаний при створенні продуктів НГ-203, АКОР-1, НГ-204у, анодного і катодного - АКОР-1Б [49, 75, 76]. Поєднання анодного, катодного і екрануючого інгібіторів реалізовано в продуктах HF-108, НГ-207, НГ-210, ИНГА-2 та ін [50].

Антикорозійна присадка АКОР-1 (ГОСТ 15171-78) виготовляється на основі нітрованих базових масел марок М-8, М-11, АС-9,5 з додаванням 10 % стеаринової кислоти і наступною нейтралізацією гідроксидом кальцію. Присадка являє собою густу маслянисту рідину чорного кольору, прозору в тонкому шарі. Добре поєднується з моторними і трансмісійними маслами, дизельним паливом. Температура спалаху - не менше 200 °С, температура самозаймання - 360 °С. Гранично допустима концентрація (ПDК_р.3) у виробничих приміщеннях - 300 мг/м. Висока зольність (більше 3,5 %) істотно звужує область застосування АКОР-1, так як це негативно позначається на функціональних властивостях моторних масел.

Застосовується в основному для приготування робочо-консерваційних сумішей, 5...10 % додають до масел, 3,5 % - до дизельного палива. Для зовнішньої консервації техніки при зберіганні в приміщеннях і під навісом зміст АКОР-1 у свіжих і відпрацьованих маслах доводять до 20 %.

Застосування присадки як самостійного консерваційного мастила для зовнішньої консервації можливо лише в умовах, що виключають пряме попадання атмосферних опадів.

Технологія синтезу присадки АКОР-1 розроблена на основі досліджень Крейна і Шехтера. Процес отримання складається з наступних стадій: нітрація масла (М-8, М-11) 98 %-ною азотною кислотою, змішування напівпродукту з 60 %-ною стеариновою кислотою, нейтралізація суміші оксидом кальцію, сушка і центрифугування отриманої присадки [50, 57].

Захисна присадка АКОР-1Б для приготування робочо-консерваційного масла містить (мас.%): сульфонат кальцію (С-150) - 10...20, сукцинімід сечовини (СІМ) - 5...10, нітроване масло - до 100 [76].

Присадка KП являє собою суміш присадок ВНИИ-380, ПМС«Б», ДФ-11, ПМС-200А, СЖК фракції C₁₈-С₂₃. Вводиться в кількості 5...20 % в моторні та трансмісійні масла, захищає чорні та кольорові метали. Оптимальна концентрація - 20 %. У свою чергу ВНДИ-380 - оксипропілірованний алкілфенол Ва, присадки типу ДФ - диалкілдитіофосфати металів.

Інгібітори МОПЛ-1, НГ-107, НГ-110, НЕ- 107М, HF- 107T, НГ-11ОМ, HГ-110Н, НГ-110Т являють собою сповільнювачі, що дозволяють знизити концентрацію добавок в консервантах до 3...5 %. Вводяться в моторні та трансмісійні масла з метою отримання консерваційних сумішей. НГ-107М і НГ-110М, володіють більш високими захисними властивостями, ніж АКОР-1 і КП. Введення 5% НГ-110т не погіршує основні експлуатаційні властивості трансмісійних масел і помітно покращує їх захисні властивості. Інгібітор НГ-110Н використовується як компонент в різних маслах (моторних - М-8В₁, М-8Г₁, М-6В₁, М-8А, M-10Г₂, М-4₃/6В₁, М-16Г₂, М-10В₂, трансмісійних - Тап-15В, ТСп-15Р, ТАД-17 і т.д.). Додавання інгібітора дозволяє отримувати на базі різних мінеральних масел консерваційні масла, істотно більш ефективні, ніж консерванти, що містять присадки АКОР-1 і КП.