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

Визначення показників структурної корозії. Глибину проникнення міжкристалітної пошарової корозії та корозійних тріщин (L_n) визначають мікроскопічно на металографічному шліфі при спірозмірному збільшенні.

Відносну довжину торців розшарувань (L_pоc) визначають шляхом вимірювання сумарної довжини торців розшарування і віднесення її до периметру зразка.

Визначення показників корозійного розтріскування. Критичне статичне напруження (σ_ст) визначають шляхом прикладання до зразків протягом фіксованого часу заданих статичних розтягуючих напружень.

Час до утворення тріщин або руйнування зразка (τ_r) визначають шляхом прикладання до зразків статичного розтягуючого напруження.

Визначення показників корозійної втоми. Критичне динамічне напруження (σ_д) визначають шляхом прикладання до зразків заданих динамічних напружень (певної кількості циклів.

Кількість циклів до руйнування зразка (n) визначають шляхом прикладання до зразків динамічного напруження.

Визначення загальних показників корозії. Визначення якості поверхні зразка проводять візуально за ГОСТ 9.302-8. Для оцінки рекомендується застосовувати ряд порівняльних еталонів.

Зміни механічних властивостей металів визначають за методами, встановленими стандартами для визначення відповідних механічних властивостей досліджуємого металу. При цьому значення механічної характеристики металу, не пошкодженого корозією, відповідає 100 %. Механічні властивості при розтягуванні визначають за ГОСТ 11701-84.

Зміни електричної провідності, перехідного опору,теплових і оптичних властивостей та інших фізичних характеристик визначають за методами, встановленими в стандартах на метали. Зміни даних властивостей виражають у відсотках, при цьому значення властивостей металу д окорозійного випробування відповідає 100 %.

Метод визначення залежності показників корозії від часу і швидкості корозії. Залежність показників корозії від часу виражають відношенням регресії, яке обчислено не менше ніж за чотирма значеннями показника, визначеним у необхідні терміни. Точність відношення регресії виражають довірчими межами ймовірності. Рекомендується вибирати довірчу ймовірність 0,90.

Показники швидкості корозії визначають шляхом обчислення першої похідної монотонної частини відношення регресії. Для кожного значення швидкості приводять час, для якого похідна відношення регресії була обчислена.

Екстраполяція відношення регресії залежності показників корозії від часу для оцінки довгострокового протікання корозії допускається тільки при експлуатаційних випробуваннях у природних умовах і лабораторних моделюючих випробуваннях, якщо з даних про кінетику корозії очевидно, що відношення регресії в цьому проміжку часу не змінюється.

У протоколі оцінки результатів корозійного випробування повинні бути зазначені такі дані:

- специфікація показників, які оцінюють корозію, а в разі приймальних випробувань - значення їх граничних відхилень;

опис і точність використаних методів вимірювання показників корозії;

число вимірювань (при визначенні показників нерівномірної поверхневої корозії);

зведення результатів вимірювань та їх обробка;

технічні висновки за результатами оцінки.

3.2 Методики дослідження захисних властивостей контактних інгібіторів корозії

При вивченні захисних властивостей інгібіторів і розробці технологій їх застосування проводять серії випробувань в різних умовах:

прискорені лабораторні на зразках в ексикаторах, корозійній камері і в об'ємі електроліту (рис. 3.2);

лабораторно-стендові (циклічні з перепадом температур до 100 °С, в агресивних середовищах SO₂, H₂S і т. д.) на зразках і деталях малих геометричних розмірів (рис. 3.2);

прискорені кліматичні на зразках і деталях в кліматичній камері (рис. 3.3);

натурні кліматичні на зразках, деталях, складальних одиницях, агрегатах і машинах на кліматичних випробувальних станціях (рис 3.4...3.7).

Рис. 3.2. Обладнання для проведення лабораторних корозійних досліджень: а - ексікатор; б - термовологокамера

Рис. 3.3. Кліматична камера для проведення прискорених кліматичних корозійних досліджень

Рис. 3.4. Натуральні дослідження зразків на кліматичних дослідних станціях

Рис. 3.5. Натуральні дослідження деталей і збірних одиниць на кліматичних дослідних станціях

Рис. 3.6. Натуральні дослідження збірних одиниць і агрегатів на кліматичних дослідних станціях

Рис. 3.7. Натуральні дослідження машин на кліматичних дослідних станціях

Складність і багатофакторність корозійних процесів визначає і складність всього циклу досліджень і випробувань, пов'язаних з розробкою і впровадженням інгібіторів. Практика показує, що не може існувати одного або декількох інгібіторів, придатних для всіх випадків. Навпаки кожен конкретний випадок вимагає застосування спеціального інгібітору, розробленого для даних специфічних умов. Метою лабораторних досліджень є всебічне вивчення властивостей контактних ІК стосовно до заданих умов і виявлення за допомогою експрес-методів найбільш ефективних з них для подальших натурних випробувань. Стадія лабораторних досліджень включає ряд послідовних етапів:

визначення ефективності захисної дії електрохімічними методами;

вимірювання швидкості корозії і ефективності дії інгібіторів гравіметричним і аналіттичними методамі;

отримання порівняльної оцінки здатності інгібіторів захищати вироби від атмосферної корозії.

Будь який з етапів може включати, один або кілька методів. Розглянемо окремо кожен з методів випробувань інгібіторів.

3.2.1 Методика електрохімічних досліджень

Електрохімічні методи визначення швидкості корозії засновані на результатах поляризаційних вимірювань, які одержуються найчастіше за допомогою потенціостатів або різного роду корозиметрів. Перевага цих методів проявляється в можливості оцінити механізм процесів.

Їх недоліком є не повна адекватність одержаних результатів і теоретичних уявлень, які використовуються при їх інтерпритації, які не завжди можуть врахувати всю складність явищ, що відбуваються на поверхні.

До теперішнього часу більшість методів оцінки параметрів корозійного процесу побудовано на аналізі кінетичного рівняння:

 (3.5)

де b_a i b_k - відповідно анодна і катодна постіна Тафеля;

ΔЕ=Е-Е_кор - поляризація електрода, яка вимірюється від потенціала корозії (Е_кор).

Метод екстраполяції. Класичним методом аналізу поляризаційних кривих є метод екстраполяції. На рис. 3.8 схематично показані анодні і катодні поляризаційні криві в середовищі з інгібітором корозії і без нього. У напівлогарифмічних координатах ці криві при достатньому віддаленні від потенціалу корозії перетворюються на прямі. Екстраполяція прямолінійних ділянок анодної або катодного поляризаційної кривої на стаціонарний потенціал дозволяють визначити густину струму корозії (і_кор А/м²) і розрахувати її швидкість (К, г/м²год):

 (3.6)

де А - атомна маса металу (55,85 для заліза);- валентність металу (2 для заліза);- постійна Фарадея, А год/г-екв

Порівняння величин струму корозії в присутності інгібітора (і^u_кор)? і без нього (і_кор) дає можливість розрахувати захисний ефект (Z, %) і коефіцієнт захисту (γ):

 (3.7)

 (3.8)

Рис. 3.8. Анодні і катодні поляризаційні криві з інгібітором і без інгібітора корозії

Нахил прямолінійних ділянок поляризаційних кривих пов'язаний зі ступенем поляризації відповідно анодної або катодної складових корозійного процесу, дозволяє розрахувати константи Тафеля і з'ясувати характер гальмуючої дії інгібітора по виду контролю (катодний, анодний, змішаний) і визначити його ступінь.

Випробування, пов'язані з отриманням поляризаційних кривих, проводять згідно з інструкцією до потенціостата. Як середовище для випробувань використовуються електроліт (наприклад, пластова вода або 3 % розчин NaCl + 250 мг/л СН₃СООН) з розчиненими в них досліджуваними агресивними газами або суміші електроліт - рідкий вуглеводень (вуглеводневий конденсат, гас).

Послідовне випробування зразка в розчині з інгібітором і без нього (після витримки в інгібованому розчині) дозволяє оцінити ефект післядії інгібітору.

Недоліком методу екстраполяції є необхідність значної поляризації електрода ( ~ ± 0,5...1,5 В) задля того, щоб могли виразно виявитися Тафелеві ділянки на кривих. Це і визначає обмеження методам які пов'язані, з можливими необоротними змінами електродної системи, що приводять до безповоротності і гістерезису кривих потенціал-струм.

Для оцінки впливу інгібітора окремо на катодний або анодний процес можна використовувати поляризацію електрода в відповідному напрямку на деяку постійну величину, наприклад в діапазоні 5...30/мВ. При обраному зміщеню потенціала від стаціонарного значення визначають значення струму. Такі визначення виконують для чистого і інгібованого розчину або з обох пар поляризаційних кривих, або (що преріотетніше через менший вплив на електрод) безпосереднє вимірювання значення струму при відповідному зміщенні потенціалу.

Метод поляризационного опору. Цей метод часто співвідносять з іменами Стерна і Гірі, які зробили найбільший вклад в його розвиток. Він заснований на припущенні про те, що зв'язок між потенціалом і накладеним струмом при потенціалі близькому до потенціалу коррозііi не відповідає рівнянням (3.5 ), а є лінійною. Вказане припущення призводить до простого співвідношення між струмом корозії і поляризаційним опором (R_p):

 (3.9)

де  

 - постіна, яка залежить від констант Тафеля

Дослідження проводили в трьохелектродному електрохімічному осередку із скла «Пірекс» з розділеними шліфом анодним і катодним просторами. Використовували електрохімічний вимірювальний комплекс фірми Solartron (Великобританія), що складається з аналізатора імпедансу SI 1255 і потенціостата SI 1287 (рис. 3.9.).

Рис. 3.9. Електрохімічний вимірювальний комплекс фірми Solartron (Великобританія)

Робочий електрод - вуглецева сталь Ст.3 (склад, %: Fe - 98,36; С - 0,2; Мn - 0,5; Si - 0,15; Р - 0,04: S - 0,05; Сr - 0,3; Ni - 0,2; Сі - 0,2) (S_ел, = 0,14 см²), армована в оправлення з епоксидної смоли ЕД-5 з затверджувачем поліетиленполіаміном. Зразки полірували до 6 класу чистоти і знежирювали послідовно ацетоном і спиртом.

3.2.2 Гравіметричний метод

Для оцінки захисної ефективності інгібіторів найчастіше використовують гравіметричний метод визначення швидкості коррозії металів, доповнюючи його тестуванням зразків на які тим чи іншим способом нанесений досліджуваний інгібітор Ступінь захисту інгібітора обчислюють шляхом співставлення експериментальних даних отриманих на неінгібованих та інгібованих зразках [55].

Гравіметричний метод застосовують за двома варіантами: визначають збільшення маси зразка внаслідок утворення продуктів корозії на його поверхні; визначають втрату маси після видалення продуктів корозії. Другий варіант більш поширений із-за його універсальності.

Швидкість корозії в першому варіанті обчислюють за формулою:

 (3.16)

де V_зм - швидкість корозії зразка, яка визначається по збільшенню його маси, г/(м²·год);

m₀ - маса вихідного зразка, г;

m₁ - маса зразка з продуктами корозії, г;

t - тривалість дослідження, год;

n - коефіцієнт, який залежить від складу продуктів корозії.

Швидкість корозії в другому варіанті вираховують за формулою:

 (3.16)

де V_зм - швидкість корозії зразка, яка визначається по втраті його маси, г/(м²·год);

m₁ - маса зразка після видалення продуктів корозії, г;

По втраті маси зразків можно оцінити корозійну стійкість в балах, припускаючи, що метал руйнується рівномірно.

Захисна дія інгібіторів (Z, %) визначають за втратою маси контрольних зразків у відсутності і в присутності інгібіторів корозії і розраховують за формулою:

 (3.19)

де К - швидкість корозії при відсутності інгібітора, г/(м²·год);

К_n - швидкість корозії в присутності інгібітора, г/(м²·год).

Захисний ефект (γ) визначається як співвідношення:

 (3.19)

3.3 Висновки

В третьому розділі магістерської роботи розроблена методика лабораторних та натуральних досліджень для визначення впливу інгібіторів на збереженність металевої поверхні.

РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ АНАЛІЗ

4.1 Антикорозійні властивості і біостійкість боратів етаноламінів

Для проведення ефективності водорозчиних інгібіторів корозії (БМЕА, БДЕА, БТЕА) проведений ряд експериментальних досліджень.

4.1.1 Корозійні дослідження

Дослідження проводили на зразках сталевих і мідних пластин. У якості піддослідних розчинів використовували 5...30%-ні водні розчини:

етаноламінів (МЕА, ДЕА і ТЕА);

боратів етаноламінів (БМЕА, БДЕА і БТЕА);

сумішей боратов етаноламінів з бензотриазолом (БМЕБТ, БДЕБТ і БТЕБТ). Для видалення окалини сталеві пластини поміщали в травильний розчин наступного складу: соляна кислота (щільність 1,19 г/см³) - 1000 мл, триоксид сурми - 20 г, дволористе олово - 50 г. Після повного розчинення окалини зразки промивали в проточній воді і висушували між листами фільтрувального паперу. Потім поверхню зразків зачищали шкіркою на шліфувальному верстаті, промивали їх в гексані і висушували на повітрі в підвішеному стані. Підготовлені таким чином зразки занурювали в досліджувані розчини на 30... 40 с, витримували на повітрі в підвішеному стані протягом 30 хв і розміщували в термовологокамери.

Мідні пластини зачищали шкіркою вручну, промивали в гексані і висушували на повітрі при кімнатній температурі в підвішеному стані. Піддослідні розчини наносили на мідні пластини, як і на сталеві, шляхом занурення. Випробування розчинів проводили одночасно на двох пластинах і фіксували корозію на обох сторонах кожної пластини. Результати випробувань представлені на рис. 4.1...4.5.