Анодная защита

Скорость электрохимической коррозии металла может быть уменьшена и при анодной поляризации. Для этого защищаемую конструкцию подсоединяют к положительному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательный электрод (катод) – к отрицательному. Действие анодной защиты эффективно для металлов склонных к пассивации. Но анодная защита потенциально опасна, т.к. при прерывании подачи тока возможно активирование металла и его интенсивное анодное растворение. Также требуется отсутствие депассивирующих ионов (Cl для железа) и тщательная система контроля.

В химической промышленности его успешно применяют для снижения скорости коррозии низкоуглеродистой стали в серной кислоте и в растворах, содержащих аммиак и нитрат аммония.

ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИЯ

Опорные валки стана 3000 в процессе прокатки испытывают значительные контактные давления. Под действием высоких удельных давлений, превышающих предел текучести, происходит пластическая деформация, вследствие чего атомы втулки-цапфы сближаются с конусной поверхностью опорного валка на межатомное расстояние и свариваются. В результате происходит фреттинг- коррозия, и при разборке опорных валков прикладываются значительные усилия для снятия подшипника ПЖТ, подушка деформируется, что приводит к заклиниванию подшипника и выходу из строя пресса.

После разборки опорного валка поверхности конусных шеек опорного валка и втулок-цапф зачищаются шлифмашинкой, что является трудоемкой операцией и приводит к увеличению шероховатости и уменьшению контактных поверхностей. В результате удельные давления на контактные поверхности конических шеек опорного валка и втулок-цапф в процессе прокатки возрастают, что усиливает схватывание и фреттинг-коррозию.

При фретттинг-коррозии значительно ухудшается качество поверхностей, что может привести к существенному снижению усталостной прочности, которая может понизиться в несколько раз.

Фреттинг-коррозия возникает под действием значительных удельных давлений при относительном колебательном движении. Относительное перемещение поверхностей может быть очень малым, тем не менее, оно является достаточным для возникновения фреттинг-коррозии.

Существует ряд гипотез о природе фреттинг-коррозии, предлагаются различные методы предотвращения этого явления. Однако физическая природа фреттинг-коррозии не установлена, поэтому исследование процесса является актуальным и имеет большое народно-хозяйственное значение.

В 1956 году В.Е. Кэмпбелл[6] предложил пользоваться термином “фреттинг-коррозия” в тех случаях, когда имеют место химические процессы (металлы в агрессивных средах) и термином “фреттинг”, когда такие процессы отсутствуют (металлы в нейтральных средах, неметаллические материалы). В настоящее время для обозначения особого вида разрушения, возникающего на нагруженных металлических поверхностях [7] при их реверсивном относительном микросмещении, принят термин “фреттинг- коррозия”(от английского fret – разъедать). Для объяснения фреттинг-коррозии предложены различные механизмы.

Экспериментальный и практический опыт показывает, что причиной фреттинг-коррозии является специфический характер механического взаи-модействия контактирующих поверхностей. В присутствии кислорода фреттинг-коррозия сопровождается интенсивными окислительными процесс-сами, и продуктами разрушения являются, в основном, окислы металлов. Однако мнения исследователей различны в оценке роли окисления. Поэтому предложено несколько механизмов фреттинг-коррозии.

Для установления механизма фреттинг-коррозии Н.Л. Голего, А.Я.Алябьевым и В.В.Шевеля[1] с помощью металлоструктурного, электронномикроскопического и рентгеноструктурного анализов исследо-ваны структурные изменения поверхностных слоев и природа образующихся окислов. Установлено, что на участках поверхностей, поврежденных фреттинг-коррозией, протекают схватывание, абразивное разрушение, усталостные процессы, сопровождающиеся окислением и коррозией. Причем в зависимости от условий нагружения, свойств материалов и окружающей среды один из процессов является преимущественным и оказывает существенное влияние на долговечность работы соединения.

На основании изучения поврежденных поверхностей конических шеек опорного валка и втулок-цапф с достаточной степенью точности можно сделать вывод, что основным механизмом фреттинг-коррозии является схватывание.

Схватывание как ведущий процесс при фреттинг-коррозии встречается в прессовых, болтовых, заклепочных и других соединениях. В этом случае вступают в контакт ювенильные участки поверхности, что приводит к схватыванию.

Под действием высоких удельных давлений в поверхностных слоях контактирующих участков протекает интенсивная пластическая деформация, которая установлена на основании электронномикроскопического анализа[1]. Пластическая деформация обеспечивает схватывание ювенильных участков поверхностей. При динамических нагрузках во время работы происходит разрушение узлов схватывания, что приводит к глубоким вырывам металла и налипанию одного металла на другой. Вырывы и наросты становятся концентраторами напряжений, снижающими долговечность работы соединения.

Пластическая деформация под действием высоких давлений и микроперемещений поверхностей интенсифицирует коррозионные процессы на контактных поверхностях.

В связи с передеформированием материала в поверхностных слоях начинают развиваться усталостные явления, сопровождающиеся образованием микротрещин. Срастание микротрещин приводит к отколу частиц металла, упрочненных пластической деформацией. На этом этапе наблюдается упрочнение и разупрочнение поверхностных слоев, о чем свидетельствует немонотонное изменение микротвердости по глубине. Развитие усталостных процессов, сопровождающихся интенсивным окислением и коррозией, приводит к прогрессирующему разрушению поверхностного слоя. При усталостно-коррозионных процессах глубина повреждения может достигать 0,2–0,4 мм. Усталостно-коррозионное повреждение поверхности чаще всего приводит к усталостному разрушению деталей. Это можно объяснить тем, что и фреттинг-коррозия и усталость, как правило, имеют одну и туже причину возникновения[2].

Преимущественно абразивное разрушение поверхности при фреттинг- коррозии встречается в соединениях, детали которых изготовлены из сплавов, образующих твердые продукты износа, например, корунд Аl₂ 0₃. В этом случае при знакопеременных нагрузках ведущим видом повреждения обычно становится абразивный. На начальных стадиях возникают процессы схватывания с последующим окислением продуктов износа. Окислившиеся продукты износа алюминиевого сплава Аl₂ 0₃ имеют высокую твердость. Скопление большого количества окислов приводит к деформации поверхностных слоев абразивными частицами, срезанию микрообъемов металла и окисных пленок. Шаржированные на поверхности частицы корунда образуют царапины и борозды различной величины. Существенным показателем абразивного разрушения при фреттинг-коррозии можно считать характер микрорельефа контактных поверхностей. Контактирующие поверхности уже через небольшой промежуток времени становятся шероховатыми, имеют специфические следы воздействия продуктов износа. Пластическая деформация поверхности абразивными частицами носит, в основном, локальный характер. Глубина повреждения при абразивном действии частиц обычно невелика и может достигать нескольких сотых долей миллиметра. Абразивное разрушение при фреттинг-коррозии контактирующих поверхностей конических шеек опорного валка и втулок-цапф полностью исключать нельзя. Однако в условиях работы опорных валков стана 3000 под действием высоких удельных давлений превалирует схватывание.

Фреттинг-коррозию как специфический вид повреждения сопряженных поверхностей впервые описали Е.М. Иден, В.Н. Роуз и Е.Л. Кенингем в 1911г. [3], наблюдавшие коричневый порошок на деталях машин для усталостных испытаний. Но только в 1927 году Г.А. Томлинсон [4] назвал этот вид поверхностного разрушения фреттинг коррозией. А в 1939 году вышла обстоятельная работа Г.А. Томлинсона, П.Л. Торпа и Г.Д. Гафа[5], посвященная исследованию фреттинг-коррозии.

Фреттинг-коррозия обладает рядом отличительных особенностей по сравнению с другими видами разрушения поверхностей:

– скорость относительного перемещения контактирующих поверхнос-тей при фреттинг-коррозии мала по сравнению со скоростями при обычном трении скольжения;

– малая амплитуда смещений затрудняет удаление продуктов износа из зоны контакта;

– процесс фреттинг-коррозии отличается большой интенсивностью разрушения по сравнению с другими видами изнашивания поверхностей, причем, если присутствие кислорода может уменьшать износ при обычном трении скольжения, то в условиях фреттинг-коррозии кислород усугубляет повреждение;

– продуктами фреттинг-коррозии металлов являются, в основном, их окислы.

Чаще всего фреттинг-коррозия развивается при различных прессовых посадках на вращающихся валах, как в случае опорного валка, в местах посадки лопаток турбин, в шлицевых, шпоночных, болтовых и заклепочных соединениях.

Анализ особенностей фреттинг-коррозии свидетельствует о сложной взаимосвязи ряда факторов, определяющих это явление, о наложении друг на друга различных физико-химических процессов. Поэтому становится понятным, почему фреттинг-коррозия, являясь до настоящего времени предметом широкой дискуссии, не имеет общепринятого теоретического объяснения.

В 1956 году В.Е. Кэмпбелл[6] предложил пользоваться термином “фреттинг-коррозия” в тех случаях, когда имеют место химические процессы (металлы в агрессивных средах) и термином “фреттинг”, когда такие процессы отсутствуют (металлы в нейтральных средах, неметаллические материалы). В настоящее время для обозначения особого вида разрушения, возникающего на нагруженных металлических поверхностях [7] при их реверсивном относительном микросмещении, принят термин “фреттинг- коррозия”(от английского fret – разъедать). Для объяснения фреттинг-коррозии предложены различные механизмы.

Экспериментальный и практический опыт показывает, что причиной фреттинг-коррозии является специфический характер механического взаимодействия контактирующих поверхностей. В присутствии кислорода фреттинг-коррозия сопровождается интенсивными окислительными процессами, и продуктами разрушения являются, в основном, окислы металлов. Однако мнения исследователей разошлись в оценке роли окисления при фреттинг-коррозии, т.е. по-разному трактуется природа продуктов износа. Поэтому было предложено несколько механизмов фреттинг-коррозии.

Одна группа исследователей[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,4,5] считает, что процесс фреттинг-коррозии, в основном, можно подразделить на три этапа: образование мелких частиц ювенильного материала; химическое воздействие этих частиц и окружающей среды с образованием твердого абразивного порошка; абразивное истирание поверхностей, Эти исследователи, принципиально находясь на одной точке зрения, по-разному трактуют природу образования свободных металлических частиц.

Г.А. Томлинсон, П.Л. Торп и Г.Д. Гаф[4,5] предложили молекулярную теорию фреттинг-коррозии. Они считают, что на первом этапе износ при фреттинг-коррозии имеет форму молекулярного изнашивания, вызванного попеременным приближением и последующим отделением молекул двух сопряженных поверхностей. Любая поверхность твердого тела имеет поле атомных сил притяжения, очень сильное по величине, но имеющее небольшой радиус действия (порядка 1–3А). Если две поверхности находятся в контакте и испытывают нормальное давление, то они могут настолько сблизиться, что войдут в пределы взаимного молекулярного притяжения. Тогда на поверхностях появятся многочисленные точки соединения тел с атомной связью. При относительном скольжении эти атомные связи вначале деформируются, а затем рвутся, в результате некоторые молекулы могут быть вырваны с обеих поверхностей. После образования свободных частиц металла, сопоставимых по своей величине с атомными размерами, происходит их быстрое окисление.

В пользу молекулярной теории ее авторы приводят тот факт, что фреттинг-коррозия возникает при незначительном нормальном давлении, достаточном для молекулярного сцепления и при ничтожно малом относительном смещении поверхностей (12,5×10^{-8 см), равном размеру четырех межатомных расстояний, когда маловероятен обычный механический износ. Г.А. Томлинсон с соавторами пришли к следующим выводам:}

– необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является относительное возвратно-поступательное скольжение двух контактирующих поверхностей (величина достаточного перемещения может быть порядка 2×10^-7см);

– на фреттинг-коррозию не влияют частота колебаний и нормальная нагрузка;

– степень повреждения поверхности при фреттинг-коррозии возрастает с увеличением числа колебаний, при наличии смазки процесс разрушения замедляется.

Вывод о независимости повреждения при фреттинг-коррозии от нагрузки и частоты впоследствии экспериментально не подтвердился. Кроме того, было установлено, что[8,19,20], что размеры частиц, первоначально удаляемых с поверхности, намного больше атомных размеров и имеют величину от 100А до нескольких микрон.

С учетом того, что для металлов характерно кристаллическое строение, молекулярная теория Г.А. Томлинсона и др. менее вероятна.

К.Г.Р. Райт[8] считает, что фреттинг-коррозияю можно отнести к особому виду износа, который усугубляется присутствием кислорода. Причиной усиления износа в кислороде является способность кислорода предотвращать непрерывный перенос металла между поверхностями, что облегчает образование твердых продуктов окисления, действующих как абразив.

Изучая начальную стадию фреттинг-коррозии с помощью электронного микроскопа, К.Г.Р. Райт пришел к выводу, что на первом этапе продукты износа образуются вследствие пропахивания поверхности упрочненными металлическими частицами, перенесенными с другой поверхности. Начальный износ происходит, главным образом, путем среза участков слипания, образовавшихся при адгезии [21] или же вследствие взаимозацепления неровностей поверхности. Оторванные частицы скапливаются вдоль образующих борозд. В присутствии кислорода накапливающиеся частицы окисляются полностью или частично в зависимости от величины частиц и продолжительности их существования с момента возникновения. У мягких материалов вначале образуются сравнительно крупные частицы с диаметром примерно 10 мкм, которые впоследствии деформируются и измельчаются, так что окислительному действию атмосферы подвергаются все новые участки металлических поверхностей. В случае твердых материалов первоначальные частицы износа достаточно малы и процесс окисления заканчивается быстро. Поскольку из-за малой амплитуды скольжения при фреттинг-коррозии ограничивается возможность выхода продуктов износа из зоны трения, происходит их накапливание между сопряженными поверхностями. Возникающий при этом промежуточный слой окислов постепенно предотвращает непосредственный контакт металлических поверхностей и снижа6ет истинное смещение частиц по отношению к этим поверхностям. В таких условиях износ становится абразивным. На этой стадии фреттинг-коррозии выход частиц из зоны трения уравновешивается их возникновением, так что толщина зоны продуктов износа достигает равновесного значения, создаются условия скольжения окисла по окислу, и скорость износа уменьшается. Абразивная способность отделившихся частиц материала зависит от степени их окисленности.

В подтверждение своих взглядов К.Г.Р. Райт привел результаты измерения контактного электросопротивления в процессе развития фреттинг-коррозии, на определенной стадии которой зарегистрировано значительное его повышение. Впоследствии величина электросопротивления стабилизировалась, что указывало на образование между поверхностями прослойки окислов.

Таким образом, подчеркивая тесное взаимодействие между механической и химической сторонами фреттинг-коррозии, К.Г.Р. Райт определяет это явление как процесс износа, ускоряемый присутствием кислорода, обладающего, с одной стороны, способностью препятствовать переносу металла с одной стороны на другую, и, с другой стороны, приводящего к образованию твердых абразивных окислов. Кроме того, К.Г.Р.Райт предполагает возможность внедрения частиц окислов в металлическую поверхность и образование в ней трещин, развитие которых приводит к постепенному разрушению поверхностных слоев металла.

Много общего с теорией К.Г.Р. Райта имеет теория фреттинг-коррозии, сформулированная И.М. Фенгом и Б.Д. Райтмайером[10,11]. Согласно их представлениям, фреттинг-коррозия – это форма износа, когда вследствие небольшой амплитуды относительного скольжения разрушение поверхностей концентрируется на участках действительного контакта. Продукты износа не удаляются и накапливаются между контактирующими участками, что приводит к интенсификации износ в результате локального воздействия абразивных частиц. Отдавая предпочтение механическому фактору при фреттинг-коррозии, И.М. Ферг Б.Д. Райтмайер строят свою точку зрения на представлениях о трении и износе[11], несколько отличных от теории Ф.П. Боудена и Д. Тейбора[21]. Согласно последней, износ при трении металлических поверхностей осуществляется вследствие возникновения узлов сваривания и их разрыва. По И.М. Фенгу и Б.Д.Райтмайеру[11] такой процесс, приводя к переносу металла, не способствует образованию свободных продуктов износа. При перемещении одной поверхности относительно другой пластическая деформация должна инициировать развитие микрошероховатостей, взаимодействие которых приводит к их срезанию. Если при этом температура повысится до такой степени, что вызовет сваривание сдвинутых частей, то произойдет перенос металл с одной поверхности на другую. Если силы адгезии незначительны, возможно образование свободных продуктов износа.

Фреттинг-коррозия опорного валка и втулок цапф является результатом сближения атомов на межатомное расстояние под действием высоких удельных давлений, пластической деформации и относительного смещения атомов, что обеспечивает одинаковое направление микротоков соседних атомов. Микротоки одинакового направления притягиваются, что приводит к возникновению межатомных сил связей, природа которых электромагнитная.

Практически при фреттинг-коррозии опорного валка и втулок-цапф под действием высоких удельных давлений за счет относительного смещения атомов происходит сварка, что необходимо использовать для соединения металлов.

Для предотвращения фреттинг-коррозии применяются смазки. В качестве конструктивных возможностей для борьбы с фреттинг-коррозией рекомендуется применять бескон­тактные лабиринтные уплотнения, вместо цилиндрической посадочной поверхности –шарообразную, трению сколь­жения предпочитать трение качения, плотно подгонять призматические и сегментные шпонки и т. д.

Предупреждение фреттинг-коррозии «механическим» путем обеспечивается созданием хорошей напряженной посадки, которая достигается запрессовкой холодом или горячей посадкой. Посадочные места должны предвари­тельно подвергаться дробеструйной обработке.

При транспортировке машин и механизмов необходимо использовать транспортные предохранители. В тяжело нагруженных узлах рекомендуется применять смазку под давлением.

Широкие возможности для предупреждения фреттинг-коррозии дает третья группа мероприятий – подбор пар материалов, слабо восприимчивых к фреттинг-коррозии, и физико-химическая модификация контактирующих поверхностей. Так, очень твердые материалы (например, с высоким содержанием карбидов) обладают повышенной способностью противостоять фреттинг-коррозии. Положительный эффект дает применение коррозионно-устойчивых сталей, а также нанесение плазменных покрытий, Особое внимание автор[52] уделяет специальной обработке контактирующих поверхностей, Так азотирование с дополнительным нанесением порошка дисульфита молибдена, нанесение гальванического слоя хрома, обработка поверхности пескоструйным методом с последующим нанесением металлической пыли свинцовистой бронзы, покрытие из неметаллических материалов дают возможность успешно бороться с фреттинг-коррозией.

К четвертой группе отнесены такие монтажные и про­изводственные мероприятия, как тщательная подгонка сопряжений, посадка подшипников скольжения и шарико­подшипников с натягом и т. д. Для восстановления поверх­ностей, сильно поврежденных фреттинг-коррозией, рекомен­дуется использовать наплавку молибдена, а для менее повре­жденных — расплавленную массу дисульфида молибдена.

Выбор метода предупреждения фреттииг-коррозии сле­дует проводить с учетом конкретных условий работы со­пряжения и предъявляемых к нему требований. Так, Е. Л. Нюрнбергер [53] предотвратил фреттинг-коррозию устранением относительного перемещения контактирующих поверхностей в соединении подшипников качения и зубча­тых колес с валом путем увеличения удельной нагрузки на сопряженные поверхности. Это было достигнуто приме­нением специальных втулок (разъемных и с нарезанной резьбой) и горячей посадкой при монтаже соединения.

Обычные смазки, а также смазки с примесью графита или дисульфида молибдена использовано в качестве метода борьбы с фреттинг-коррозией. Правда, этот метод пол­ностью не устраняет фреттинг-коррозию, но значительно снижает ее интенсивность.

Третий метод, предложенный Е. Л. Нюрнбергером, основан на использовании коррозионноустойчивых мате­риалов. Применение таких материалов как тефлон и ре­зина в соединении “вал — втулка” позволяет иногда пол­ностью устранить фреттинг-коррозию. Тефлоновую пленку напыляют на вал, затем вал подвергают термической обра­ботке и перед сборкой покрывают обычной консистентной смазкой. Кроме рассмотренных методов [53] предлагается использовать различные демпфирующие устройства для гашения вибрации.

Р. Б. Уотерхауз [19] рекомендует для устранения от­носительного перемещения контактирующих поверхностей уменьшать тангенциальные силы или увеличивать силы трения. Для увеличения силы трения представляются две возможности. Там, где позволяет конструкция, наиболее простым и эффективным методом является увеличение нормальной нагрузки. Второй метод — увеличение коэф­фициента трения нанесением на поверхности гальваниче­ским путем слоя меди, олова.

Однако при применении этих методов необходимо учесть, что если нагрузка и коэффициент трения будут увеличены в недостаточной степени, то это может привести к интенси­фикации повреждения.

Уменьшение тангенциальной силы может быть достигну­то покрытием из материала, обладающего низким модулем упругости. В этом случае необходимо, чтобы амплитуда скольжения не достигала предельной величины.

Г. Р. Мак-Доуэлл [54] также считает, что эффективным средством предотвращения фреттинг-коррозии является устранение относительного перемещения или его умень­шение путем увеличения на­тяга или изготов-лением специальных зажимов. Отмечается также высокая эффектив-ность применения прокладок из резины и тефлона между контактирующи-ми поверхностями. Исключение влияния атмосферы с помощью герметизации зоны контакта клеем или другим герметизирующим материалом и применение смазки также дали положительный эффект.

1.1 Разработка теоретических основ предотвращения

фреттинг-коррозии

По нашему мнению, механизм фреттинг-коррозии заключается в следующем. Контактные поверхности характеризуются микронеровностями и наличием окисных пленок. В результате контакт осуществляется на малой площади, и резко возрастает удельное давление, под действием которого пленки удаляются, и чистые ювенильные поверхности пластически деформируются, сближаются на межатомное расстояние и свариваются.

Опорные валки стана 3000 работают в условиях значительных удельных давлений, которые определяют физическую природу фреттинг-коррозии.

Под действием высоких удельных давлений вначале происходит упругая деформация, в процессе которой вследствие незначительных перемещений контактирующих поверхностей, вызванных проскальзыванием в области шпонки, удаляются окисные пленки, и образуются ювенильные поверхности. Механическая энергия трения трущихся поверхностей превращается в тепловую энергию, что подтверждается наличием на поверхности конической шейки опорного валка и втулки-цапфы черных пятен, которые являются результатом выгорания смазки под действием высокой температуры.

Под действием тепловой энергии поверхностным атомам сообщается энергия активации, необходимая для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, т.е. для привода их в активное состояние. Энергия активации сообщается в виде теплоты (термическая активация) и упругопластической деформации (механическая активация).

Пластическая деформация, которая начинается при достижении напряжений предела текучести, приводит к сближению атомов контактирующих поверхностей на межатомное расстояние и возникновению межатомных сил связей, которые имеют электромагнитную природу.

Электромагнитные силы межатомного взаимодействия являются результатом движения электронов вокруг ядра (рис.1.1, рис.1.2). При движении электронов создаются токи одинакового направления. Притяжение проводников, по которым протекают токи одинакового направления, является результатом взаимодействия электромагнитных полей. Электромагнитная сила взаимодействия двух проводников с током (рис.1.1) определяется по формуле[73]:

,

(1.4)

где m₀ – магнитная проницаемость, 4p×10^-7 Гн/м;

I₁, I₂ – величины токов, протекающих по проводникам, А;

r – расстояние между проводниками, м;

l – длина проводников, м.

При межатомном расстоянии 10^-10м сила резко возрастает, что подтверждает электромагнитную природу межатомных сил связей.

Большое значение электромагнитного взаимодействия проводников с током подтверждается тем, что это взаимодействие положено в основу определения величины тока – Ампер.

Электромагнитное поле представляет собой вид материи, оказывающей силовое воздействие на токи. Г.Е. Зильберман [73] считает, что взаимодействие предметов обусловлено электромагнитным взаимодействием. Атомы соприкасающихся тел сближаются на межатомное расстояние. Быстро вращающиеся вокруг ядер отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра создают электромагнитное поле, которое и осуществляет взаимодействие при соприкосновении.

Существование твердых и жидких тел также является результатом электромагнитного взаимодействия токов одинакового направления, созданных вращающимися вокруг ядра электронами, которые обеспечивают возникновение электромагнитных сил притяжения и прочность тел.

Из электромагнитной природы межатомных сил связей следует, что фреттинг-коррозия является результатом возникновения электромагнитных сил притяжения при сближении атомов на межатомное расстояние под действием высоких удельных давлений, превышающих предел текучести. Поэтому наиболее эффективным способом предотвращения фреттинг-коррозии является использование электромагнитного поля.

Теоретические предпосылки разработки способа предотвращения фреттинг-коррозии основаны на электромагнитной природе межатомных сил связей, которые обусловлены вращающимися вокруг положительных ядер электронами. Для предотвращения фреттинг-коррозии необходимо производить предварительное намагничивание контактных поверхностей таким образом, чтобы возникли электромагнитные силы отталкивания, которые с уменьшением расстояния между атомами под действием высоких удельных давлений возрастают.

Электромагнитный способ предварительного намагничивания обеспечивает предотвращение фреттинг-коррозии, так как при увеличении удельных давлений и сближении контактных поверхностей электромагнит-ные силы отталкивания возрастают.

Таким образом, на основании анализа существующих способов разработаны теоретические основы предотвращения фреттинг-коррозии, основанные на использовании квантовых процессов электромагнитного взаимодействия атомов контактирующих поверхностей, которые при сближении атомов на межатомное расстояние под действием высоких удельных давлений резко возрастают.

Для предотвращения фреттинг-коррозии разработан способ электромагнитной обработки поверхностей опорного валка и втулок цапф с намагничиванием контактирующих поверхностей (рис.)

В результате проведенных исследований установлено, что предварительное намагничивание контактных поверхностей с противоположным направлением силовых линий магнитного поля и индукцией согласно зависимости В = (0,8–1,0)×10^-4 Р, Т является оптимальным. Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества:

– создание электромагнитных сил и электромагнитного давления отталкивания, которое превышает величину механического давления и предотвращает фреттинг-коррозию;

Таблица 2.1

Фреттинг-коррозия опорного валка и втулок-цапф

Способ	Фреттинг- Коррозия	Усилие снятия втулки-цапфы, кГс/cм^2	Снижение зат рат на ремонт оборудования, грн./Т
Известный	Фреттинг-коррозия	250,0	–
Предлагаемый В=0,7×10^-4 Р, Т В=1,1×10^-4 Р, Т В=0,8×10^-4 Р, Т В=1,0×10^-4 Р, Т	Фреттинг-коррозия Фреттинг-коррозия Нет фреттинг-коррозии Нет фреттинг-коррозии	120,0 150,0 70,0 70,0	0,1 0,3 0,4 0,4

– предотвращение фреттинг-коррозии и уменьшение усилия разборки узлов металлургического и машиностроительного оборудования;

–повышение долговечности металлургического и машиностроительного оборудования, работающих в условиях больших удельных давлений;

– снижение затрат на текущий ремонт металлургического оборудования и себестоимости прокатываемого металла.

Внедрение разработанного способа предотвращения фреттинг-коррозии позволяет повысить долговечность конструкций и снизить себестоимость прокатываемого металла.

Выводы по разделу 2

1.Установлено, что природа фреттинг-коррозии является электромагнитной.

2.Разработан механизм регулирования электромагнитного поля, который позволяет использовать квантовые процессы электромагнитного взаимодействия для предотвращения фреттинг-коррозии.

3. Разработана новая конструкция магнитопровода с токоведущим элементом внутри, который обеспечивает концентрацию силовых линий магнитного поля в обладающей большой магнитной проницаемостью электротехнической стали, значительное снижение магнитного сопротивления и усиление электромагнитного поля.

4. Электромагнитное поле возрастает при увеличении сечения магнитопровода и уменьшении ширины паза вследствие снижения магнитного сопротивления и концентрации силовых линий. При этом, увеличивается индукция электромагнитного поля, электромагнитная сила и в квадратичной зависимости электромагнитное давление.

5. Продольное электромагнитное поле увеличивается при расположении магнитопровода с токоведущими кабелями под и над пластинами и уменьшении площади контакта пластин с магнитопроводом. Поперечное электромагнитное поле в зазоре стыка при этом равно нулю.

6. На основании результатов исследований разработан основанный на использовании квантовых процессов способ предотвращения фреттинг-коррозии за счет намагничивания контактирующих поверхностей с противоположным направлением силовых линий магнитного поля.

7.Установлено, что намагничивание с противоположным направлением силовых линий магнитного поля обеспечивает создание электромагнитных сил отталкивания и электромагнитного давления, которые под действием высоких удельных давлений резко возрастают, что обеспечивает предотвращение фреттинг-коррозии.

ВЫВОДЫ

1. Природа фреттинг-коррозии является электромагнитной, поэтому разработаны теоретические основы предотвращения фреттинг-коррозии, основанные на использовании квантовых процессов электромагнитного взаимодействия атомов контактных поверхностей, которые при сближении атомов на межатомное расстояние под действием высоких удельных давлений резко возрастают.

2. На основании проведенных исследований установлены закономерности и разработан механизм регулирования электромагнитного поля, который позволяет использовать квантовые процессы электромагнитного взаимодействия атомов для предотвращения фреттинг-коррозии.

3. Разработана новая конструкция магнитопровода с токоведущим элементом внутри, которая обеспечивает концентрацию силовых линий в обладающей большой магнитной проницаемостью электротехнической стали, значительное снижение магнитного сопротивления и усиление электромагнитного поля.

4. Электромагнитное поле возрастает при увеличении сечения магнитопровода и уменьшении ширины паза вследствие снижения магнитного сопротивления и концентрации силовых линий в магнитопроводе. При этом увеличивается индукция электромагнитного поля, электромагнитная сила и в квадратичной зависимости электромагнитное давление.

5. Разработан основанный на использовании квантовых процессов электромагнитного взаимодействия атомов способ предотвращения фреттинг-коррозии за счет намагничивания контактирующих поверхностей с противоположным направлением силовых линий магнитного поля.

6. Установлено, что намагничивание контактирующих поверхностей с противоположным направлением силовых линий магнитного поля обеспечивает создание электромагнитных сил отталкивания и электромагнитного давления, которые под действием высоких удельных давлений резко возрастают, что обеспечивает предотвращение фреттинг-коррозии.

7. Наиболее эффективным является концентрация электромагнитной энергии за счет намагничивания поверхностей конических шеек опорного валка и втулок-цапф участками, равными площади магнитопровода.

8. На основании установленного механизма регулирования поля разработан оптимальный магнитопровод, обеспечивающий увеличение и расположение максимального значения индукции электромагнитного поля, электромагнитной силы и электромагнитного давления на обрабатываемой поверхности.

9. Разработан технологический процесс физической обработки конических шеек опорного валка и втулок-цапф путем намагничивания контактирующих поверхностей с противоположным направлением силовых линий магнитного поля.

10. Произведена физическая обработка опытно-промышленной партии опорных валков и втулок-цапф. На основании эксплуатационных данных установлено, что физическая обработка поверхностей опорного валка и втулок-цапф согласно временной технологической инструкции обеспечивает электромагнитное отталкивание и предотвращение фреттинг-коррозии. Физическая обработка поверхностей конических шеек опорного валка и втулок-цапф по новой технологии свидетельствует о неудовлетворительном итоге проведенного процесса.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Глава 1 Общие сведения о коррозии металлов

1.1 Проблема коррозии................................. 3

1.2 Термодинамика и кинетика коррозии..... 4

1.3 Классификация коррозии......................... 6

1.4 Показатели коррозии............................... 7

Глава 2 Теория газовой коррозии...................

2.1 Механизм химической коррозии и окисления

металлов........................................................... 8

2.2 Адсорбция кислорода на металлах....... 10

2.3 Механизм высокотемпературного окисления 12

2.4 Теория жаростойкого легирования....... 13

2.5 Внутренние и внешние факторы газовой

коррозии........................................................ 14

2.6 Защита от газовой коррозии................. 19

Глава 3 Теория электрохимической коррозии

3.1 Первые представления об электрохимическом

механизме коррозии...................................... 19

3.2 Термодинамика электрохимической коррозии 20

3.3 Кинетика анодной реакции.................... 22

3.4 Пассивность............................................ 24

Глава 4 Внутренние и внешние факторы электро-

химической коррозии........................................

4.1 Термодинамическая устойчивость........ 27

4.2 Состав и структура сплава..................... 27

.3 Состав и концентрация коррозионной среды 28

4.4 Кислотность............................................ 30

4.5 Температура, давление и перемешивание 31

4.6 Внешний электрический ток и радиация 32

4.7 Биологическая коррозия........................ 33

Глава 5 Коррозионно-механическое разрушение металлов

5.1 Влияние статических напряжений......... 34

5.2 Коррозионное растрескивание.............. 36

5.3 Коррозионная усталость........................ 38

5.4 Коррозия при трении............................. 39

Глава 6 Локальная коррозия...........................

6.1 Межкристаллитная коррозия................ 40

6.2 Контактная коррозия............................. 44

6.3 Щелевая коррозия.................................. 46

6.4 Точечная (питтинговая) коррозия......... 47

Глава 7 Коррозия в естественных условиях...

7.1 Атмосферная коррозия.......................... 49

7.2 Подземная коррозия.............................. 52

7.3 Коррозия блуждающими токами.......... 54

7.4 Морская коррозия.................................. 55

Глава 8 Меры борьбы с коррозией металлов.

Воздействие на металл......................... 56

8.2 Воздействие на среду............................. 57

Воздействие на конструкцию.............. 57

Дата добавления: 2015-07-08