EFFECT OF ANTI-CORROSION INHIBITORS ON PROTECTION PERFORMANCE OF AUTO BODY ELEMENTS

Full Text

Лакокрасочное покрытие не только придает автомобилю красивый внешний вид, но и предохраняет от коррозии и преждевременного разрушения. Однако постоянное воздействие на кузов автомобиля снега, дождя, соли, грязи в совокупности с механическими воздействиями песка, мелких камней, льдинок и вибрации приводят к старению и постепенному разрушению покрытия. В осенне-зимний период для борьбы с обледенением автомобильных дорог в России применяют антигололедные средства: хлористый кальций, ингибированный фосфатами (ХКФ); хлористый кальций натрий модифицированный (ХКНМ) - Айсмелт; Биомаг - хлористый магний модифицированный; нитраты кальция, магния, мочевины (НКММ); соль техническая - NaCl. Антигололедные средства ускоряют процессы электрохимической коррозии, коррозия стали идет в 10-15 раз быстрее, чем в дождевой воде. Автопроизводители постоянно ведут работы по увеличению срока службы автомобилей. Двигатель и другие агрегаты способны сохранять работоспособность многие годы, в то время как кузов при отсутствии правильной и регулярной противокоррозионной защиты может прийти в негодность значительно быстрее. Регулярная комплексная противокоррозионная обработка ингибиторами коррозии позволяет продлить срок службы кузова транспортного средства [1]. Защита кузова автомобиля от коррозии, как правило, осуществляется либо электрохимическим способом, либо использованием различных ингибиторов коррозии [2, 3]. Электрохимическая защита основана на снижении скорости коррозии путем смещения потенциала до значений, соответствующих крайне низким скоростям растворения. В зависимости от направления смещения потенциала металла электрохимическая защита подразделяется на катодную и анодную [4]. Широкое распространение для антикоррозионной защиты кузова автомобиля получили различные ингибиторы коррозии, такие как пленкообразующие ингибиторные нефтяные составы (ПИНСы), защитные мастики, пластичные консервационные смазки и восковые составы [3, 5]. На рынке представлен широкий ассортимент ингибиторов коррозии отечественных и импортных производителей для защиты элементов кузова автомобиля в разных ценовых категориях, обладающих различной защитной эффективностью. Цель исследований - повышение эффективности антикоррозионной обработки наружных элементов кузова автомобиля ингибиторами коррозии. Задачи исследований - оценить степень защиты ингибиторов коррозии, применяемых для антикоррозионной обработки колесных арок и днища автомобиля, при периодической конденсации влаги и в растворе электролита; дать рекомендации по их применению в различных условиях эксплуатации. Материалы и методы исследований. Лабораторные коррозионные исследования проводились на кафедре «Технический сервис» ФГБОУ ВО Самарского ГАУ и в Самарской испытательной лаборатории ФГБУ ЦНМВЛ. Подготовка образцов и их исследование проводились согласно ГОСТ Р 9.905-2007 «Консервационные масла, смазки и ингибированные пленкообразующие нефтяные составы. Методы ускоренных испытаний защитной способности». В качестве объектов консервации применялись пластины размером 50х50х2 мм, изготовленные из стали 09Г2С, так как она малоустойчива к коррозии [6]. Поверхность пластин была обработана на плоско-шлифовальном станке. Измерение шероховатости поверхности пластин проводили на профилографе-профилометре «Абрис-ПМ7М». Среднее арифметическое значение шероховатости поверхности пластин составило Ra=0,325 мкм. Пластины обрабатывались следующими ингибиторами коррозии: 1) пушечное сало ОЙЛРАЙТ, 2) грунт универсальный KUDO, 3) антикоррозионный материал Dinitrol Metallic. Контрольными образцами служили пластины без обработки ингибитором. Перед нанесением ингибиторов коррозии на пластины, их поверхность была обезжирена и высушена, после чего определялась масса каждой пластины на электронных лабораторных весах AND HR-200. Грунт KUDO и материал Dinitrol Metallic наносили из аэрозольных баллончиков согласно технической документации. Пушечное сало ОЙЛРАЙТ наносили путем погружения пластины на 1 мин в ингибитор, разогретый на водяной бане до температуры 100ºС. Образцы после выдержки взвешивали и определяли толщину слоя h нанесенного ингибитора по формуле где m1 - масса пластины с нанесенным ингибитором коррозии, г; m0 - масса чистой пластины, г; ρ - плотность антикоррозионного материала, г/см3; F - площадь поверхности пластины, см2. Размеры пластины определяли штангенциркулем ШЦ-1-250 0,05. Площадь поверхности пластины рассчитывали по формуле где a - средняя ширина пластины, мм; b - средняя длина пластины, мм; c - средняя толщина пластины, мм. Коррозионные исследования с периодической конденсацией влаги на образцах проводили на основе ГОСТ Р 9.905-2007 и методик [7]. Для этого в верхней крышке лабораторного эксикатора была смонтирована струна для подвешивания образцов. В чашу эксикатора наливали дистиллированную воду до уровня выступа в нижней части чаши. Затем на выступ устанавливали фарфоровую вставку с отверстиями. Пластины с нанесенными ингибиторами коррозии подвешивались в эксикаторе. После этого крышка эксикатора закрывалась. Конденсацию влаги на исследуемых образцах проводили циклами. Сначала образцы подвергались воздействию воздушной среды с температурой 40°С и относительной влажностью 95...100% в течение 7 ч. Для этого эксикатор с исследуемыми образцами помещался в термостат суховоздушный охлаждающий ТСО-500 с установленной температурой в камере 40°С. В камере термостата автоматически поддерживалась температура 40±2°С. Затем создавали условия для конденсации влаги на образцах путем их охлаждения за счет выключения нагрева камеры термостата. Продолжительность второго цикла составляла 17 ч. Продолжительность исследований с периодической конденсацией влаги составила 45 суток. Для коррозионных исследований при погружении в электролит был приготовлен электролит путем растворения солей (магний хлористый - 11 г/л, кальций хлористый - 1,2 г/л, натрий сернокислый - 4,0 г/л, натрий хлористый - 25 г/л) в дистиллированной воде. Водородный показатель рН электролита был доведен до 8,1 ед. 25% раствором углекислого натрия в дистиллированной воде. Контроль рН осуществлялся анализатором жидкости «Эксперт». Приготовленный электролит был разлит в емкости объемом 0,5 л. Образцы погружали в раствор электролита (каждый образец в отдельную емкость). Емкости с образцами выдерживались при комнатной температуре в течение 60 суток. После испытаний покрытия и продукты коррозии с образцов удаляли химическим способом согласно ГОСТ Р 9.907-2007 «Металлы, сплавы, покрытия металлические. Методы удаление коррозии после коррозионных испытаний». Сначала удаляли растворителем с поверхности пластин нанесенный ингибитор коррозии, после чего продукты коррозии убирали протравливанием пластин в 10% растворе соляной кислоты с 10 г/л ингибитора ПКУ-Э. Для лучшего удаления продуктов коррозии стакан с травильным раствором и погруженным в него образцом помещали в ультразвуковую ванну Elmasonic S30. Очищенные от коррозии пластины промывали дистиллированной водой и сушили в сушильном шкафу ШС-80. Остывшие до комнатной температуры пластины взвешивали на электронных лабораторных весах AND HR-200. Оценку ингибиторов коррозии проводили по скорости коррозии и степени защиты по ГОСТ 9.908-85 «Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости». Скорость коррозии К определяли по потерям массы металла: где m2 - масса пластины после удаления продуктов коррозии, г; m0 - масса чистой пластины, г; τ - длительность испытаний, сутки; F - площадь поверхности пластинки, м2. Степень защиты ингибитором Z определяли по формуле: где К0 - скорость коррозии пластины без покрытия, г/м2·сутки. Для оценки защитных свойств ингибиторов коррозии была определена площадь поверхности пластины, подверженная коррозии. Пластины после испытаний фотографировали, и фотографии обрабатывали в графическом редакторе Сorel Draw. Все фотографии с образцами обрезали до одинакового размера 50х50 мм. Затем фотография подвергалась переводу из растрового формата изображения в векторное. Площадь коррозии определялась при помощи макроса SanM Curve Info2 для графического редактора Сorel Draw. Для этого на векторном изображении последовательно выделялись коррозионные участки, и суммировалась их площадь с каждой стороны пластины. Результаты исследований. Коррозионные исследования с периодической конденсацией влаги показали, что на поверхности пластины, покрытой антикоррозионым материалом Dinitrol Metallic, очагов и пятен коррозии не обнаружено (рис. 1). На контрольном образце стальной пластины без обработки ингибитором коррозии заметны явные пятна коррозии, при этом коррозии подвернута значительная часть поверхности пластины. а) б) в) г) Рис. 1. Фотографии образцов после исследований с периодической конденсацией влаги: а - антикоррозионный материал Dinitrol Metallic; б - без обработки; в - пушечное сало ОЙЛРАЙТ; г - защитный грунт KUDO На образце, обработанном пушечным салом ОЙЛРАЙТ, очагов и пятен коррозии не наблюдалось, но на поверхности образца происходила конденсация влаги в виде мелких капель. Поверхность образца с защитным грунтом KUDO была подвержена коррозии, на ней появились очаги незначительной глубины, но с течением времени коррозия увеличивалась. Исследования с периодической конденсацией влаги показали, что лучшую защиту обеспечивает антикоррозионный материал Dinitrol Metallic. Данный ингибитор коррозии эффективен для защиты колесных арок и днища автомобиля, например, в тех районах, где дорожное покрытие не подвергается обработке антигололедными средствами. На рисунке 2 представлены фотографии поверхностей образцов после коррозионных исследований при погружении в электролит. Результаты коррозионных исследований при погружении образцов в электролит показывают, что площадь коррозионных очагов на поверхности пластины без покрытия ингибитором коррозии составила 88% от всей его поверхности (табл. 1). Наибольшая площадь коррозионных очагов у исследуемых образов была у тиксотропного антикоррозионного материала Dinitrol Metallic: она составила 2025 мм2, что соответствует 41,6% от общей площади пластины. Данный материал плохо защищает сталь 09Г2С от воздействия солей (магний хлористый, кальций хлористый, натрий сернокислый, натрий хлористый). а) б) в) г) Рис. 2. Фотографии образцов после погружения в раствор электролита: а - без обработки; б - защитный грунт KUDO; в - антикоррозионного материала Dinitrol Metallic; г - пушечное сало ОЙЛРАЙТ Таблица 1 Результаты определения площади коррозионных очагов Наименование образца Площадь коррозионных очагов на стороне 1, мм2 Площадь коррозионных очагов на стороне 2, мм2 Суммарная площадь коррозионных очагов, мм2 Суммарная площадь коррозионных очагов, % Без обработки 2086 2192 4278 88 Пушечное сало ОЙЛРАЙТ 11 29 40 0,8 Защитный грунт KUDO 307 274 581 11,9 Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic 1527 498 2025 41,6 Самым стойким к раствору электролита коррозионным ингибитором по результатам исследований оказалось пушечное сало ОЙЛРАЙТ. Загущенное нефтяное масло с ингибиторами коррозии в его составе эффективно защищает поверхность стали от воздействия солей. Суммарная площадь коррозионных очагов на пластине составила менее 1%. Грунт универсальный KUDO обладает высокой адгезией, атмосферостойкостью и хорошей укрывистостью, что подтверждается тем, что площадь коррозионных очагов на пластине составила около 11,9% от общей площади. Изменение массы пластин после удаления продуктов коррозии представлено в таблице 2. Таблица 2 Изменение массы пластин Наименование образца Масса пластины, г Масса пластины после испытаний, г Изменение массы, г Пушечное сало ОЙЛРАЙТ 45,4878 45,469 0,0193 Защитный грунт KUDO 46,1907 46,113 0,0778 Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic 45,5877 45,442 0,1457 Без обработки 45,5217 45,317 0,2043 Была рассчитана скорость коррозии пластин с насеными исследуемыми ингибиторами коррозии. Значения скорости коррозии для исследуемых ингибиторов представлены на рисунке 3. Рис. 3. Скорость коррозии пластин при обработке исследуемыми ингибиторами коррозии Наименьшая скорость коррозии (0,06 г/м2·сутки) получена для пластины, обработанной пушечным салом ОЙЛРАЙТ, скорость коррозии замедляется почти в 11 раз по сравнению с пластиной, необработанной ингибитором. Менее стойкой к раствору электролита оказалась пластина, обработанная материалом Dinitrol Metallic. Покрытие снизило скорость лишь в 1,4 раза. Защитный грунт KUDO замедлил скорость коррозии до 0,244 г/м2·сутки или в 2,6 раза. Эффективность ингибиторов оценивалась степенью защиты покрытия. Антикоррозионный материал Dinitrol Metallic защищает сталь от воздействия солей только на 28,8%, грунт KUDO обеспечивает степень защиты на 61,9 %. Наивысшей степенью защиты от воздействия магния хлористого, кальция хлористого, натрия сернокислого, натрия хлористого обладает пушечное сало ОЙЛРАЙТ, его степень защиты составила 90,6%. Заключение. Из исследуемых ингибиторов коррозии наилучшую защиту колесных арок и днища автомобиля при периодической конденсации влаги без воздействия электролита обеспечит материал Dinitrol Metallic. Результаты коррозионных исследований в электролите показывают, что наибольшая площадь коррозионных очагов (41,6% от всей площади) отмечена на пластинах, обработанных антикоррозионным материалом Dinitrol. На пластинах, обработанных грунтом KUDO, площадь коррозионных очагов составила около 11,9%. Самую лучшую защиту колесных арок и днища автомобиля к раствору электролита, по результатам исследований, обеспечит пушечное сало ОЙЛРАЙТ. Поэтому, в тех районах, где дорожное покрытие подвергается обработке антигололедными средствами, данный ингибитор коррозии будет наиболее эффективен.

About the authors

D. S. Sazonov

FSBEI HE Samara SAU

Email: sazonov_ds@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Technical Service» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

M. P. Erzamaev

FSBEI HE Samara SAU

Email: erzamaev_mp@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Technical Service» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

S. N. Zhiltsov

FSBEI HE Samara SAUA

Email: 3204@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Technical Service» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

A. P. Bychenin

FSBEI HE Samara SAU

Email: tia_sci_ssaa@mail.ru
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Tractors and Automobiles» Samara region, settlement Ust-Kinelsky

References

Supplementary files