КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, СПОСОБЫ ИХ ЗАЩИТЫ
Коррозией называется процесс разрушения металлов или сплавов в результате химических или электрохимических процессов, которые могут быть вызваны определенными климатическими и другими условиями.
Разрушение металла при коррозии обычно начинается с поверхности, затем постепенно проникает вглубь.
По характеру проявления различают:
— равномерную коррозию, при которой разрушение происходит приблизительно равномерно по всей поверхности детали; этот вид разрушения менее oпасного сравнению с другими;
— местную коррозию, при которой пораженными оказываются отдельные участки поверхности детали; обычно при этом коррозионные процессы возникают в определенных центрах (очаг коррозии) и постепенно развиваются по мере дальнейшего воздействия среды; разновидностью этой формы разрушения является точечная коррозия и коррозия в форме более или менее глубоких раковин — коррозионных язв;
— межкристаллитную коррозию, которая распространяется по границам кристаллов (зерен) металла или сплава; сами зерна обычно не разрушаются; этот вид коррозии является наиболее опасным, так как, во-первых, происходит быстрое и глубокое разрушение металла и, во-вторых, межкристаллитное разрушение очень трудно обнаружить внешним осмотром.
Существуют и другие, реже встречающиеся виды коррозионного разрушения.
По характеру протекающего процесса различают две группы коррозии: химическую и электрохимическую. Первая протекает в сухих газах и неэлектролитах. Примером может служить окисление металлов и сплавов газами в авиадвигателях (лопатки турбины и соплового аппарата, жаровые трубы, клапаны и др.) и окисление металлов кислородом воздуха при нагревании с образованием продукта коррозии — окалины, а также коррозия в минеральных маслах. Вторая наблюдается в электролитах и во влажных средах и сопровождается окислительно-восстановительными реакциями на границе металл— электролит, подобными процессу гальванического элемента. Это наиболее распространенный вид коррозии. Основной предпосылкой ее возникновения является образование гальванических микроэлементов (микропар) вследствие:
— неоднородности металла (неоднородности металлической фазы);
— неоднородности внутренних напряжений, возникающих в металле после его обработки;
— разной освещенности поверхности изделия (более освещенные участки — анод, менее освещенные — катод);
— неравномерного нагрева поверхности (более нагретые участки — анод, менее нагретые — катод);
— скопления влаги или мокрой пыли и т. д. Интенсивность работы гальванического микроэлемента, а следовательно, и скорость протекания коррозии изменяется в зависимости от внешних условий — агрессивности среды, влажности, величины и перепада температуры, биологического фактора и т. д.
В зависимости от условий, в которых протекает коррозионный процесс, различаются следующие виды коррозии:
1. Газовая, появляющаяся на металлах при полном отсутствии конденсации влаги на поверхности. Обычно это относится к коррозионным процессам, проходящим при повышенных температурах.
2. Коррозия в не электролитах, появляющаяся из-за действия на металл активных органических веществ, не имеющих заметной электропроводности.
3. Коррозия в электролитах — наиболее распространенный вид коррозии, происходящий в результате воз действия воды, кислот и щелочей на металл.
Самолет эксплуатируется в различных климатических условиях и его металлические части подвергаются влиянию внешних факторов. Под внешними факторами понимают особенности той среды, в которой коррозирует данный металл или сплав. К ним относится в первую очередь состав среды и ее температура. Рассмотрим некоторые из них.
Коррозия в водной среде. При коррозии в водной среде большое значение имеет концентрация ионов водорода, т. е. реакция среды.
Кислая среда особенно опасна для таких металлов, как магний, алюминий, железо, цинк.
В щелочной среде легко разрушаются алюминий и цинк и более устойчивы железные и магниевые сплавы.
Весьма агрессивной средой для большинства авиационных сплавов является морская вода, содержащая различные соли (главным образом хлористый натрий) и представляющая собой крепкий электролит. Поэтому за-
Щите от коррозии деталей самолетов, эксплуатируемых в приморских районах, должно уделяться особое внимание.
Очень большое влияние на замедление процесса коррозии в водной среде оказывает растворенный в воде кислород (при коррозии с кислородной деполяризацией). С одной стороны, он способен окислять металлы и тем самым изменять их потенциал; при возникновении окисной пленки потенциал становится более положительным. С другой стороны, его подвод к катоду изменяет скорость всего процесса коррозии. Отсюда следует, что в водных средах наиболее опасными в коррозионном отношении являются те участки на самолете, куда доступ кислорода по какой-либо причине затруднен. Наоборот, места постоянного притока кислорода, имеющие более положительный потенциал, разрушаться не будут. Поэтому в процессе эксплуатации (хранения) самолета с целью обеспечения интенсивного притока кислорода необходимо периодически снимать чехлы и открывать лючки для проветривания самолета. Обычными местами застоя воздуха в заклепочном шве являются участки между листами, поэтому коррозия там протекает более интенсивно. Опасные анодные зоны располагаются там, где недостает кислорода.
Атмосферная коррозия. Возникновению атмосферной коррозии в значительной степени способствуют главным образом вода, а также загрязнение воздуха пылью, солями и другими газами и температурные колебания.
Частички пыли, осевшие на поверхности металлов, будучи гигроскопичными, поглощают влагу и становятся очагами коррозионного разрушения. На абсолютно чистых поверхностях конденсация влаги происходит только при 100%-ной относительной влажности. Запыленная поверхность конденсирует влагу при значительно меньшей влажности.
Состав агрессивных газов также оказывает большое влияние на появление коррозии сплавов. Для железа и стали особенно вредны сернистый газ (SO2), сероводород (HS) и хлористый водород (НС1), последний также агрессивен для алюминиевых и магниевых сплавов. Медные сплавы особенно чувствительны к аммиаку (NH3).
Следует отметить, что на все виды коррозии большое влияние оказывает температура среды.
Для химической коррозии (окисления) влияние температуры Т на скорость развития коррозии может быть определена следующей эмпирической формулой:
При электрохимической коррозии влияние температуры сказывается, с одной стороны, на уменьшении потенциалов и ускорении электрохимических процессов разрушения, а с другой — на изменении растворимости кислорода в воде.
При свободном доступе кислорода и в закрытой системе коррозия протекает по-разному. В открытой системе при нагревании до 80°С растворимость кислорода из-за ухудшения условий деполяризации резко уменьшается, вследствие чего коррозия замедляется, а в закрытой системе (закрытые лючки самолета) кислород при нагревании почти не удаляется и кривая скорости коррозии все время возрастает (рис. 4.2).
Резкое изменение температуры может вызвать так называемый эффект холодной стенки, при котором на холодных частях детали будет конденсироваться влага. И следовательно, будут создаваться предпосылки для развития электрохимического процесса. Эффект холодной стенки возникает на некоторых деталях самолета после возвращения с высотных полетов.
Виды защитных покрытий
Для предохранения и защиты деталей от коррозии на их поверхности создают защитные водонепроницаемые пленки: металлические, окисные, лакокрасочные и масляные.
К металлическим относятся анодные и катодные покрытия, плакирование одного металла другим. Наносят, их горячим и гальваническим способами. При горячем способе детали погружают в ванну с расплавленным металлом или набрызгивают его на поверхность детали (металлизация). Металлические покрытия наносят также термохимическим способом, называемым плакированием. Гальванический способ нанесения защитного слоя металла производится с помощью электрического тока.
В самолетостроении из гальванических покрытий наиболее широко применяются кадмирование и цинкование, а из катодных — хромирование.
Для защиты металлов и сплавов от коррозии также нашло широкое применение оксидирование, создающее окисные пленки (анодирование, химическое оксидирование, воронение).
Анодирование (анодное оксидирование) широко применяется для защиты от коррозии алюминиевых сплавов.
Обшивка самолетов, изготовленная из алюминиевых сплавов, от коррозии защищается следующими способами: оксидной пленкой; оксидной пленкой, покрытой бесцветным лаком; оксидной пленкой, покрытой эмалью; оксидной пленкой, покрытой грунтом и эмалью.
Детали, изготовленные из магниевых сплавов и имеющие пониженную коррозионную стойкость, во всех случаях защищаются грунтом и эмалью, наносимыми на предварительно оксидированную поверхность.
Стальные детали в зависимости от их назначения защищают:
— металлическими покрытиями (цинком, кадмием, хромом);
— лакокрасочными покрытиями по предварительно фосфотированной или опескоструенной поверхности;
— фосфотированием с последующим промасливанием.
При обнаружении на любых агрегатах и деталях самолета коррозии необходимо в первую очередь выяснить причину ее появления и, если она не опасна, устранить ее, для чего предварительно удалить продукты коррозии, а затем произвести окраску либо нанести анодную пленку или цинковое покрытие в зависимости от материала агрегата или детали.
Причинами коррозии могут быть не только естественные коррозионные процессы, но и низкое качество защитных покрытий деталей. В последнем случае необходимо принять меры к улучшению качества защитных покрытий или нанести защитные покрытия снова, предварительно удалив старые.
Наиболее подвержены коррозии следующие детали самолетных конструкций:
— обшивка крыла и хвостового оперения, особенно нижняя часть поверхности;
— детали, расположенные в зоне действия выхлопных газов;
— участки конструкций вблизи мест расположения аккумуляторов, соприкасающиеся с теплозвукоизоляцией, где может задержаться влага;
— винты, крепящие съемные панели, зализы и крышки лючков;
— детали из магниевых сплавов в местах контактов с другими деталями и в зазорах;
— подшипники открытого и закрытого типа в результате попадания в них влаги при недостаточной смазке;
— штоки цилиндров, пружины и клапаны различных агрегатов систем самолета;
— трубопроводы, находящиеся под воздействием влаги, спирто-глицериновой смеси и противопожарной жидкости.
Признаком коррозии алюминиевых сплавов служит появление на поверхности деталей белых и серых пятен, отдельных язв или черных точек.
На стальных деталях коррозия сопровождается образованием коричнево-красного налета (ржавчины).
Детали из магниевых сплавов в отношении коррозии являются менее стойкими, чем детали из других материалов, и поэтому требуют тщательного и систематического ухода и наблюдения за ними.
Коррозия магниевых сплавов обнаруживается по вспучиванию лакокрасочного покрытия и появлению влажного солевого налета грязно-белого (сероватого) цвета.
Способы устранения мелких очагов коррозии
Если на деталях самолета, кроме повреждения защитных покрытий, обнаружена коррозия, они подвергаются специальной обработке, заключающейся в удалении продуктов коррозии и защите от ее дальнейшего развития.
С деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов или стали, продукты коррозии удаляют при помощи жестких волосяных, травяных или щетинных щеток. Если это не помогает, зачищать места коррозии разрешается мелкой наждачной или стеклянной шкуркой № 220. Зачищенная шкуркой поверхность менее способна сопротивляться коррозии, поскольку она является более развитой, а риски, остающиеся после зачистки, способствуют коррозии. Поэтому рекомендуется применять шкурку более мелкую, но не грубее № 220.
С поверхностей деталей, пораженных глубокой коррозией, не следует стремиться удалять язвины, достаточно удалить лишь продукты коррозии.
На мелкие повреждения защитных покрытий деталей из различных сплавов наносится грунт АГ-10С с последующим покрытием его эмалью ХВЭ-19 алюминиевого цвета или эмалью ХВЭ требуемого цвета. Поврежденная обшивка, изготовленная из алюминиевого сплава, покрывается эмалью 9-32Ал.
Указанные материалы применяют при температурах не ниже +5° С. На поверхность детали их наносят пульверизатором или кистью. Первый способ лучше