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

Інгібітор МОЛП-1 розроблений на основі присадки АКОР-1. Призначений переважно для інгібування бітумних композицій, мастил та ПІНС. Значно перевершує АКОР-1 за рівнем функціональних властивостей.

В [77] запатентований спосіб отримання комбінованого ІК «Мифол», що представляє собою продукт конденсації при температурі 180...200 °С кубових залишків виробництва фенолу і ацетон , СЖК і пентаерітрита у співвідношенні 1:(3...4):3 відповідно. Отриманий продукт розбавляють мінеральним маслом, додають середньолужний сульфонат кальцію при масовому співвідношенні 1:(0,8...1,2 ) і нагрівають при температурі 170...190 °С протягом 3...5 год. Даний інгібітор рекомендують використовувати в якості консерваційних і робочо-консерваційних масел. Недоліком способу є токсичність кубових залишків від виробництва фенолу і ацетону. Крім того, мінливість складу кубових залишків не дозволяє отримати ІК зі стандартною якістю.

Співробітниками ВНИИНП, ВНІІГАЗ, фірм «РЕМО» та «ІНТЕРКОРПЕ0ТЕКТ» розроблений широкий асортимент комбінованих ІК, КМ і ПІНС [78, 79].

1.3.2 Водорозчинні інгібітори

ВІК застосовують при інгібуванні корозії металів у воді і нейтральних водних середовищах. Дане питання досить докладно розглянуто в ряді статей і оглядів, у тому числі [58, 61, 80].

Неорганічні водорозчинні інгібітори. Типовим інгібітором-окислювачем є нітрит натрію. Він сильно зсуває потенціал сталі в позитивну сторону, переводячи її в пасивний стан. У присутності нітриту натрію значно зростає анодна поляризація електрода. Пасивуючі властивості нітрит-онів більшість авторів пов'язують з утворенням на поверхні стали оксидної плівки Fe₂0₃, яка ускладнює процес анодного розчинення [80].

В умовах міжопераційного зберігання деталей, а також при їх зберіганні на складах рекомендується сталь обробляти або постійно зберігати в 5...10 %-ному розчині нітриту натрію. Час обробки - від 20 с до 5 хв. Обробка сталевих деталей 10 %-ним розчином охороняє їх від корозії приблизно протягом 1 міс. Захист сталевих виробів від атмосферної корозії при тривалому зберіганні досягається пасивуванням їх в 20...25 %-ному розчині нітриту натрію з подальшою сушкою повітрям з температурою 100...110 °С [80].

Хромати та дихромати натрію і калію використовують як інгібітори корозії заліза, оцинкованої сталі, міді, латуні та алюмінію в промислових водних системах. Оптимальна концентрація становить 0,5...5,0 г/л. Утворюча на залізі оксидна плівка складається з 25 % Сг₂О₃ і 75% Fe₂0₃.

Пасиватори є хорошими, але небезпечними інгібіторами. При невірно вибраній концентрації в присутності йонів Cl або при невідповідній кислотності середовища вони можуть прискорити корозію металу, зокрема викликати дуже небезпечну точкову корозію.

Екранувальні катодні інгібітори - це сполуки, які утворюють на мікрокатодах нерозчинні сполуки, що відкладаються у вигляді ізолюючого, захисного шару. Інгібуюча дія цих речовин зумовлена присутністю в них катіонів Са²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Bi³⁺ і ін Для заліза у водному середовищі такими сполуками можуть бути сульфат і хлорид цинку, а частіше - бікарбонат кальцію.

Бікарбонат кальцію Са(HC0₃)₂ - найдешевший катодний екрануючий інгібітор, який застосовувається для захисту сталі в системах водопостачання. У підлужному середовищі він утворює нерозчинні сполуки СаСО₃, які осідають на поверхні і ізолюють її від електроліту [81].

Силікати відносяться до інгібіторів змішаної дії, зменшуючи швидкість як катодного, так і анодної реакцій. Оптимальна концентрація - 0,4 %. Загальна формула силікатів - хSiO₂·Me₂O. Дія силікатів полягає в нейтралізації розчиненого у воді вуглекислого газу і в утворенні захисної плівки на поверхні металу.

Органічні водорозчинні інгібітори. Органічні сполуки - це інгібітори змішаної дії, тобто вони впливають на швидкість як катодної, так і анодної реакцій. Органічні інгібітори адсорбуються тільки на поверхні металу, продукти корозії їх не адсорбують. Найчастіше вони мають у своєму складі атоми азоту, сірки і кисню.

Аміни застосовують як інгібітори корозії заліза у водних середовищах.

Меркаптани, а також органічні сульфіди і дисульфіди виявляють більш сильнішу інгібуючу дію в порівнянні з амінами. Основні представники: цього класу - тиосечовина, бензотриазол, аліфатичні меркаптани, дибензилсульфоксид.

Широке застосування в якості інгібіторів корозії знайшли органічні кислоти та їх солі. Наявність в органічних кислотах аміно- і гідроксильних груп покращує їх захисні властивості. Серед цієї групи особливо виділяють бензоат натрію (оптимальна концентраціям - 0,01...0,5 моль/л). Спирти, особливо багатоосновні - ефективні інгібітори корозії у водних системах охолодження - етиленгліколь, в морській і річковій воді - глюконат натрію [81]. Для нейтральних середовищ слід виділити групу інгібіторів для систем охолодження та водопостачання. Основне місце тут займають поліфосфати, полікарбоксильние амінокислоти, так звані комплексони - ЕДТА,НТА та ін. і їх фосфорвмісні аналоги - ОЕДФ, НТФ, ФБТК [81]. Комплексони захищають метали тільки в жорсткій воді, де вони утворюють з'єднанням з катіонами : Са²⁺ і - Mg²⁺.

У м'якій воді хороші результати отримані з солямш вищих карбоксилатів, на основі яких створені інгібітори ИФХАН-31 і -34. Вони добре захищають охолоджувальні системи, які виготовлені з різних конструкційних матеріалів (Fe, Сu, AI, Zn та їх сплави).

У системах охолодження і водопостачання побутового та промислового перевага віддається інгібіторів корозії , що запобігає утворенню солей і накипу. Фахівцями Інституту фізичної хімії розроблена суміш для захисту металів від корозії в нейтральних середовищах, що містить мас., ч.: неорганічні борати - 0,01...1,5, нітрит натрію - 0,01...1,5, арілкарбоксилат натрію - 0,01...1,0, бензотриазол - 0,02...0,1, 3-нітрофталат натрію - 0,01...0,3, олеат натрію - 0,15...1,0, фенилантранілат натрію - 0,01...1,0. Суміш захищає від корозії чорні і кольорові метали в системах охолодження і атмосфері [82]. ТОВ «Екостром» запатентувало водорозчинний інгібітор атмосферної корозії, що містить, мас. %: жирні кислоти талового масла - 30...35, циклогексиламін - 15...20, диетиленгліколь - 30...50 і воду - до 100. Використання інгібітора дає можливість підвищити ефективність захисту внутрішніх поверхонь нагріву енергетичного обладнання від корозії [4].

1.4 Нанотехнологічні добавки в мастильні матеріали

Одним з напрямків підвищення ефективності експлуатації сільськогосподарської техніки - є застосування наноматеріалів в якості компонентів мастильних композицій. Аналіз сучасних присадочних матеріалів; дозволив виділити новий клас - металовмістних на основі твердофазних кластерних добавок.

Основні: компоненти металовмісних присадок - нанорозмірні порошки різних металів їх сплавів і легованих сполук [72, 73].

В Інституті надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля розроблена експлуатаційна присадка до моторного масла Кластер-М представляє собою седиментаційно-стійку суспензію суміші нанорозмірних частинок дисульфіду молібдену (МоS₂) і сплава латуні з фосфором.

Порівняльні стендові випробування партії капітально відремонтованих двигунів з використанням присадки Кластер-М проводили на обкаточно-гальмівному стенді: КИ-5274 ГОСНИТИ. В якості об'єкта дослідження було обрано дизель А-01М.результаті порівняльних стендових випробувань встановлено, що дана присадка у складі базового масла М-10-Г₂ забезпечує зниження моменту механічних втрат в дизелях на 15...20 %, лінійного зносу шатунних шийок - в 1,49 рази, корінних - в 1,35 рази, зносу ресурсовизначаючих спряжень - в 2,8 рази в порівнянні з маслом М-10-Г₂. Ефективна потужність дизеля, на мастильній композиції з присадкою Кластер-М збільшилася на 3,2 %, питома витрата палива знизилася на 6,1 % [72, 74].

Вплив присадки Кластер-М на антифрикційні та протизносні властивості моторного масла пояснюють утворенням на тертьових поверхнях тонких граничних плівок в яких окремі компоненти присадки виконують різні функції. Присутність в плівках наночастинок MoS₂, що володіють пластинчастою структурою, призводить до вільного переміщення пластинок дисульфіду молібдену відносно один одного, в результаті чого зменшується коефіцієнт тертя, знижується знос і запобігається пошкодження поверхонь деталей.

У ресурсопідвищуючій технології, розробленої в АЧГАА, наноматеріали застосовують в антифрикційних присадках з метою скорочення зносу зубчастих коліс і підшипників в трансмісіях сільськогосподарських машин. Зубчасті передачі та підшипники кочення є важконавантаженими деталями і трибосопряженнями. Незважаючи, на те що в цих трибосопряженнях поломки відбуваються нечасто, вони відразу виводять з ладу комбайн, трактор чи іншу сільгоспмашину, а ремонт вимагає зняття з машини складальної одиниці і доставки її в майстерню.

Хоча в даний час є великий асортимент присадок до моторних і трансмісійних масел, які істотно уповільнюють знос деталей двигунів і зубів зубчастих коліс, механізми їх дії практично не вивчені і для фахівців сільгоспвиробництва недостатньо ясні.

Встановлено, що максимальну ефективність ремонтно-відновлювальні препарати, засновані на принципі інтелектуальної присадки, проявляють в так звані критичні періоди експлуатації об'єкта (пуск-зупинка, припрацювання, перевантаження, перегрів та ін.) При нормальній експлуатації компоненти присадки знаходяться у своєрідному «резерві» і практично не витрачаються [75, 76].

При додаванні в масло композиції нанодисперсних порошків AeVIT, утворена дисперсна система «масло-нанодисперсні порошки» набуває властивостей самоорганізації і можливості мимовільної впорядкованості масла у вигляді об'ємних структур субмолекулярних утворень, пов'язаних між собою. Ці властивості виявляються в процесі експлуатації машин і механізмів, причому «параметрами порядку» є: температура, тиск, концентрація і розмірність частинок і їх «організаційна» активність [72].

Суміш застосовують у всіх технічних пристроя , що реалізують механічні переміщення деталей і мають системи змащення ( табл. 1.2).

В останні роки в зарубіжній і вітчизняній практиці для безрозбірного збільшення ресурсу двигунів розроблені РВС-технології. Їх застосовують в Японії, Чехії, Китаї, Швеції та інших країнах.

Таблиця 1.2 Показники використання складу AeVIT для тракторної і автотехніки

Основними напрямками впровадження нанотехнологій у механізацію сільського господарства є: використання наноматеріалів, для поліпшення якісних показників машин та обладнання вдосконалення технологічних процесів за рахунок впливу на продукт на атомному та молекулярному рівнях.

Своє застосування в технічному сервісі нанотехнології та наноматеріали знайшли при виготовленні і зміцненню робочих органів і деталей машин. Завдяки нанотехнологіям з'явилася можливість підвищення надійності сільськогосподарської техніки не менш ніж у два рази за рахунок екологічнобезпечних високотехнологічних і поліфункціональних засобів захисту. Розроблені нанотехнологічні методи формування поверхонь тертьових деталей з оптимальними характеристиками міцності та триботехнічними властивостями забезпечують збільшення терміну служби мастильних матеріалів, зниження металоємності, експлуатаційних витрат і шкідливих викидів при використанні техніки [83]. Перспективним напрямком застосування нанотехнологій є розробка і використання різних добавок в мастила [74].

1.5 Висновки і завдання дослідження

У результаті інформаційного огляду робіт з питань збереження СГТ встановлено, що при зберіганні машини піддаються впливу комплексу різноманітних зовнішніх факторів, основними з яких є кліматичні. Розглянуто закономірності зміни цих факторів.

Проведений аналіз витрат на ремонт СГТ показав, що значні кошти щороку витрачаються на підтримку машинно -тракторного парку в робочому стані. У тейже час рівень технічної готовності парку машин складає всього 0,80...0,82.

Ростуть простої машин внаслідок технічних несправностей. Аналіз умов експлуатації СГТ дозволив виявити залежність зносу деталей і сполучень від ступеня корозійного руйнування, а також визначити перелік деталей і складальних одиниць, найбільш схильних до корозійно-механічному зношуванню.

Аналіз засобів захисту від атмосферної корозії, які застосовуваються для консервації СГТ, показав їх низьку ефективність. Дефіцит вітчизняних консерваційних матеріалів викликаний припиненням випуску ряду компонентів, що є основою для виробництва інгібіторів - корозії. Це призвело до появи складних багатокомпонентних композицій, що містять від 5 до 15 багатофункціональних складових.

Висновки дозволили сформулювати наступні завдання досліджень:'

Обгрунтувати концепцію створення нових хімічних сполук для отримання поліфункціональних засобів захисту СГТ від корозійно-механічного руйнування з використанням нанотехнологій.

Провести аналіз фізико-хімічних процесів на межах розділу фаз: електрохімічної та хімічної корозії, зносу, тертя, адгезії і т.д.

Встановити закономірність впливу поверхневої молекулярної плівки на фізико-хімічні процеси на межі розділу фаз.

Провести аналіз і вибрати органічні сполуки з ланцюговою молекулярною структурою для синтезу нових хімічних сполук.

Розробити технологію органічного синтезу нових хімічних сполук і отримати їх структурні формули. Дослідити властивості отриманих хімічних сполук та визначити перспективи їх застосування як основи при розробці поліфункціональних засобів захисту від корозії та зносу.

Розробити захисні засоби від корозії та зносу на основі отриманих хімічних сполук, а також технології їх застосування з використанням нанотехнологій.

Дати техніко-економічну оцінку запропонованих рекомендацій.

РОЗДІЛ 2. ТЕОРІЯ І ПРАКТИКА СТВОРЕННЯ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ І ЗНОСУ

2.1 Процеси на межі розділу фаз

На практиці ми завжди маємо справу з поверхнею розділу між двома контактуючими фазами, на властивості якої впливають зміни в будь-який з фаз.

Відповідно з трьома станами речовини (твердий, рідкий, газоподібний) можна виділити наступні типи поверхні розділу:

тверде тіло - тверде тіло (ТТ-ТТ);

тверде тіло - рідина (ТТ-Р);

рідина - рідина (Р-Р );

газ - рідина (Г-Р );

газ - тверде тіло (Г-ТТ).

Таким чином, будь-яка гетерогенна система володіє поверхнею розділу фаз і характеризується поверхневою енергією. Впливаючи на поверхню розділу адсорбованими поверхнево-активними молекулами, змінюючи її енергію; можна управляти фізико-хімічними процесами, що відбуваються на межі розділу фаз ( рис. 2.1 ).