Каковы характерные особенности коррозионных разрушений деталей автомобиля
Как развивается коррозия кузова автомобиля
Коррозия кузова – одна из самых опасных «болезней» автомобиля. Этот элемент конструкции машины трудно заменить, он является самым дорогостоящим, и более уязвим к разрушению, чем закрепленная на нем механика. При благоприятных для процесса обстоятельствах ржавчина может разъесть металл в считанные месяцы и даже недели.
Проявления сухой и влажной атмосферной коррозий
Потускнение металлической поверхности, не разрушающее его структуры – внешнее проявление сухой коррозии. Всем известно, что в мегаполисах и индустриальных населенных пунктах не бывает чистого воздуха без вредных примесей. Причинами атмосферной коррозии чаще всего становятся такие факторы, как:
Неблагоприятная экологическая обстановка региона
Испарения активных веществ, используемых в автомобилях
Загазованность городского воздуха выхлопами машин
Насыщенность атмосферы отходами промышленных предприятий
Качество покрытия дорог
Газообразные реагенты, в том числе кислород, оказывают химическое влияние на металл. Но, даже если в воздухе окажутся агрессивные газы, железу и стали не грозят структурные изменения в сухой атмосфере. Однако стоит только уровню влажности пойти вверх, резко начинает увеличиваться толщина влажной пленки на кузове, а сопротивление поверхности, напротив, уменьшается. При достижении определенной критической точки этого процесса развивается электрохимическая коррозия. Ее причины – неоднородность всех без исключения металлических поверхностей. Они могут иметь в разных случаях:
Макровключения
Микровключения
Структурную неоднородность металла
Неравномерные по толщине пленки адсорбированных веществ
Внутреннее напряжение
Разность температур на отдельных участках
Рельефную деформацию металла
Таким образом, на металлическом кузове сконцентрированы множественные гальванические элементы, работающие непрерывно. Коррозийное разрушение происходит на анодных участках поверхности.
При каких обстоятельствах сухая коррозия становится влажной
Критический момент перехода сухой атмосферной коррозии во влажную электрохимическую фазу наступает тогда, когда уровень влажности достигает определенного показателя. Это время зависит от того, насколько загрязнен окружающий воздух, а также от состояния металла.
Купание автомобиля — самый быстрый путь на свалку. Если железо снаружи абсолютно чистое, как и окружающий воздух, то коррозия автомобиля начинает развиваться при показателе критической влажности около 70%. Но это – идеальные условия, которых на практике никогда не встречается.
Гораздо чаще разрушения начинаются при показателе 50%, а это именно тот распространенный случай, когда днище автомобиля чистится от грязи крайне редко, от случая к случаю. Постоянное присутствие на поверхности мелких пылевых и грязевых частиц приводит к конденсации влаги и адсорбции. Развитие коррозии ускоряется, если:
Возрастает температура окружающего воздуха (например, в гараже)
Увеличивается степень влажности воздуха
Отсутствует вентиляция в помещении
Это следует хорошо помнить тем автолюбителям, которые не считают сильным вредом загон грязной мокрой машины в обогреваемый, но не оснащенный вентиляцией гараж. А ведь такие владельцы, по сути, помещают свой автомобиль в стабильно работающий термостат, в котором бурно разовьется процесс активного ржавления металла.
Поэтому, если сравнить холодный, но хорошо продуваемый гараж с теплым, но невентилируемым помещением, преимущества будут на стороне первого варианта. Электрохимическая коррозия кузова автомобиля ощутимо затормозится, если температура в гараже будет ниже точки замерзания. А вот температурные перепады – благоприятное условие для интенсивной конденсации влаги в полостях. И высохнуть конденсат не может, если в гараже нет вентиляции.
Атмосферная коррозия в основном имеет электрохимическую природу, то есть происходит, когда металл соприкасается с электролитом. Незащищенная поверхность кузова адсорбирует молекулы хлора, кислорода, оксидов серы и углерода и другие окислительные соединения из окружающего воздуха. Это приводит к формированию оксидной пленки различной толщины на поверхности. Контактируя с воздухом, она содержит в своем составе конденсированную влагу.
Местный и сплошной типы развития коррозии
Обширные, плохо защищенные поверхности легко подвергаются сплошной коррозии. Если это случилось, необходимо полностью обработать кузов, после чего перекрасить его. Более распространен местный тип разрушения, возникающий на отдельно расположенных участках, и поражающий металл по-разному.
Местная щелевая коррозия
Развивается в области узких зазоров и щелей с усиленной капиллярной конденсацией воды и скоплением дорожных загрязнений. Анодные участки поверхности внутри зазоров подвергаются разрушению. Внешние кромки щелей под воздействием свободно поступающего воздуха становятся катодами. Выявить этот тип коррозии на начальном этапе трудно из-за скрытого расположения очага.
Местная усталостная коррозия
Возникает на участках усиленного влияния знакопеременной нагрузки и агрессивной среды
Локальная и нитевидная подпленочная коррозия
Может возникнуть в виде вздувшихся пузырей краски, под которыми образовался очаг ржавчины, или в виде покрывающей поверхность сетки трещин. Видимые разрушения находятся под слоем лакокрасочного покрытия, поэтому обнаруживаются трудно. «Нити» расходятся активно по всем направлением. При этом глубинного разрушения металла почти не происходит. Центр очага усиленно подвергается разъеданию, в том числе и до сквозной стадии.
Местная контактная коррозия
Развивается на стыках деталей из разнородных металлов.
Области повышенного риска
Ряд конструктивных элементов машины можно считать «группой риска». На них коррозия появляется чаще и активнее, чем на других деталях и участках. По степени разрушения коррозия кузова может быть нескольких типов:
Проникающая
Косметическая
Структурная
При косметической коррозии опасность можно считать незначительной. Но, тем не менее, необходимо периодически внимательно осматривать места повреждений или растрескивания лакокрасочного слоя. В особенности – лицевые панели в нижней части, на которые постоянно попадает гравий, щебень и песок. Осмотру следует подвергнуть машину и в том случае, если она только что куплена и с конвейера сошла месяц или два назад. Возможно, при транспортировке или из-за заводского дефекта она получила повреждения, и вы уже купили машину с невидимым очагом косметической коррозии. И она проявится в первые месяцы, иногда – в первые 2-3 года эксплуатации.
Области повышенного риска образования косметических коррозийных дефектов:
Места прикрепления молдингов
Участки соединения фонарей и кузова
Фланцы дверей в области кромок
Крышка багажника
Водосточные желоба
Капот
Места крепления ручек и замков
Область контакта радиаторной решетки с кузовом
Все сварные швы и кромки металла
Дело в том, что в местах сварочных точек защита самая слабая. Наплывы, микрозаусенцы, выплески от резки и сварки листового металла плохо удерживают лаки и краски. Если не следить за состоянием швов и участков присоединения мелких деталей, со временем косметическая коррозия станет более серьезной – проникающей. Распространенные участки поражения проникающей коррозией:
Нижняя часть дверных панелей
Передние крылья
Пороги
Коробчатые сечения нижней области кузова
Из-за труднодоступной локализации этих зон коррозия может протекать незамеченной. Кроме того, перечисленные участки сложно обработать или окрасить.
Места монтажа силовых агрегатов, элементы жесткости кузова часто подвергаются структурной коррозии. Поскольку основная часть силовых деталей расположена на днище, оно и страдает от коррозии больше других поверхностей. Абразивно-коррозионное воздействие в большей степени оказывается также на днище.
Разрушение силовых элементов приводит обычно к потере прочности и жесткости кузова. На автомобиле с таким поврежденным кузовом ездить чрезвычайно опасно. Деформация и смещение узлов, закрепленных на поверхности, делают невозможной эксплуатацию машины.
Следует учитывать тот факт, что трансмиссия, передняя подвеска, задняя подвеска и другие подкузовные детали постоянно подвергаются сильному коррозионному воздействию. Эксплуатационные характеристики этих узлов при поражении сохраняются благодаря значительной толщине металла, из которого они производятся. А вот товарный вид автомобиля сильно проигрывает.
Профилактический осмотр транспортного средства на предмет коррозийных разрушений надо проводить часто, хоть это может показаться затратным мероприятием. Обработка кузова нужна один раз в 2-3 года и, конечно же, при возникновении проблем — незамедлительно.
————————————————————————
А Вы уже позаботились о защите и сохранности своего автомобиля?
Коррозионные повреждения деталей машин
Коррозия металлов и сплавов представляет собой процесс их разрушения вследствие химического или электрохимического воздействия внешней среды.
Коррозионные повреждения имеют следующие основные особенности:
1) разрушение металла всегда начинается с поверхности;
2) внешний вид детали, как правило, изменяется;
3) в результате коррозии металл обычно превращается в окислы или гидраты окислов.
По характеру внешней среды коррозия разделяется на три основных вида: атмосферную, газовую и коррозию в электролитах. Рассмотрим кратко особенности и природу разрушения металлов в результате действия коррозии.
Процесс электрохимической коррозии объясняется действием микрогальванических элементов. В качестве анода и катода могут служить различные структурные составляющие сплава, граница и сердцевина зерна, напряженный и ненапряженный участок металла, чистый металл и его окислы. Иными словами, если на поверхности металла имеются точки или участки, существенно отличающиеся по значению электродных потенциалов, это приводит к образованию микрогальванических элементов. При этом анодные участки всегда имеют более высокий электронный потенциал и подвергаются растворению.
Гидратированные ионы взаимодействуют с водой, в результате чего образуются окислы металла (FеО, Fe3O4, Fe2O3, А12O3, Сг2O3 и др.), которые обычно оседают на поверхности металла, образуя плотную или рыхлую пленку продуктов коррозии.
Действие микрогальванических элементов может протекать с кислородной или водородной деполяризацией. Поэтому скорость электрохимического процесса, прежде всего, зависит от степени аэрации корродирующей поверхности. Например, при недостатке кислорода в растворе процесс резко затормаживается, а при свободном доступе кислорода к поверхности металла – интенсифицируется.
Интенсивность процесса электрохимической коррозии зависит также от химического состава сплава; электропроводности раствора, обусловленной содержанием солей и кислот; характера и плотности продуктов коррозии, которые могут резко затормаживать электрохимический процесс, отлагаясь на корродирующей поверхности; структурной неоднородности металла (гомогенные сплавы менее склонны к коррозии); наличия и распределения внутренних напряжений, поскольку участки металла, подвергнутые действию внутренних напряжений или наклепа, интенсивнее корродируют. Характер повреждений деталей машин, вызываемых протеканием электрохимических процессов на поверхности металлов, зависит от условий воздействия внешней среды.
Атмосферная коррозия развивается при нормальном давлении и температуре, не превышающей 80 0 С. Детали машин в этом случае находятся в контакте с атмосферным воздухом, который всегда содержит некоторое количество влаги. Мельчайшие частицы воды, являющейся электролитом (в связи с обязательным наличием в ней солей, щелочей и кислот), оседают на поверхности металла, что создает необходимые условия для возбуждения микрогальванических элементов (микропар). Этим объясняется точечный характер атмосферной коррозии в начальной стадии. При наличии значительного количества влаги, особенно при переменном смачивании поверхности металлов, процесс атмосферной коррозии интенсифицируется и коррозионное повреждение принимает сплошной характер.
Коррозия металлов в электролитах представляет собой случай электрохимической коррозии, соответствующий непрерывному воздействию на металл воды, содержащей значительное количество солей, кислот и щелочей. Типичным для этого вида коррозии является разрушение внутренних поверхностей металла котлов. На рисунке 6 представлено коррозионное повреждение металла в котлах низкого давления.
Рисунок 6 – Характер коррозионных повреждений в котлах низкого давления (по В. А. Кислику и В. Н. Ткачеву).
Процесс коррозии может развиваться весьма интенсивно. Темп роста коррозии питтингов в глубину может составлять 0,5 мм в месяц и более.
При проектировании узлов машины или оборудования, предназначенного для работы в среде электролита, следует учитывать, что изготовление деталей из разнородных материалов может привести к образованию микрогальванических элементов. Во избежание этого необходимо все элементы, например, охлаждающей системы двигателя выполнять из однородных материалов.
Как разновидность коррозии в жидких средах, следует отметить коррозию металла в неэлектролитах. Такими средами обычно являются различные органические вещества, весьма слабо проводящие ток (спирты, бензин, керосин и др.). Процесс коррозии металла в этом случае может происходить вследствие химического взаимодействия металла с органическими веществами. Интенсивность химической коррозии зависит, прежде всего, от химической природы органического вещества и его температуры.
Газовая коррозия является частным случаем химической коррозии. Внешней средой является газ, горячий воздух или пар. Этот вид коррозии поражает самые различные детали машин и оборудование, работающее при повышенных температурах в контакте с агрессивными газами. В большинстве случаев газовая коррозия является результатом взаимодействия кислорода воздуха с металлом. На поверхности металла образуется слой окислов (окалина), который становится хорошо заметным при температурах более 300° С. При нагревании углеродистой стали выше 570° С интенсивность окисления скачкообразно увеличивается. Пленка окислов имеет сложное строение, обусловленное встречной диффузией кислорода и атомов железа.
Вначале располагается слой вюстита FеО, затем следует слой вюстита и магнетита Fe3O4, за ним слой магнетита и на самой поверхности пленки окислов располагается слой гематита Fe2O3. Наибольшей сплошностью обладает слой FеО. Слои магнетита и гематита покрыты густой сеткой трещин и пор. Этим обусловливается низкое сопротивление углеродистой стали окислению.
Рисунок 7 – Характер газовой коррозии.
Такие элементы, как хром, алюминий и кремний, при взаимодействии с кислородом образуют весьма прочные и плотные окисные пленки и поэтому обладают высоким сопротивлением окислению при повышенных температурах. При легировании стали этими элементами ее сопротивление газовой коррозии резко повышается. Так, например, при содержании 12% Сr сплав весьма устойчив при температуре 800° С, а при содержании 22% Сr – при температуре 900–1000° С.
При взаимодействии металла с горячими агрессивными газами коррозионное разрушение может иметь питтинговую форму. На рисунке 7 представлен характер разрушения трубы промышленной химической установки. В отдельных точках могут наблюдаться сквозные повреждения. Основными факторами, определяющими интенсивность разрушения, являются состав сплава; состав и температура газовой атмосферы; наличие на поверхности защитных покрытий. Поэтому, когда не удается понизить агрессивные свойства газовой среды, наиболее эффективно применение легированных сталей или защитных покрытий, предотвращающих непосредственный контакт с горячим газом.
Коррозия автомобиля
Коррозия автомобиля – разрушение металлических частей машины (кузова и др.) под воздействием агрессивной окружающей среды, вследствие нерационального конструирования и небрежного обращения.
С каждым годом численность мирового автопарка непрерывно растет. Было время, когда автомобиль имели десятки-сотни единиц населения планеты. Но прогресс не заставил себя ждать. Сейчас авто – уже не роскошь, а предмет первой необходимости для множества людей.
Вместе с возрастанием численности автомобилей улучшаются и их эксплуатационные характеристики.
Средний срок службы автомобиля составляет около 15 – 20 лет (зависит от многих факторов). Срок существенно снижается при воздействии на машину агрессивных эксплуатационных условий. Чаще всего автомобиль выходит из строя из-за коррозионных разрушений (коррозии) его деталей: кузова, трубопроводов, элементов тормозных систем, рам и других важных узлов. Некоторые детали можно заменить, отремонтировать, а другие – непригодны для дальнейшего использования.
На срок службы автомобиля существенное влияние оказывают три основных фактора:
— технический уровень автомобиля;
— условия окружающей среды.
Условия эксплуатации зависят только от владельца автомобиля. К ним относятся условия хранения (в гараже либо под открытым небом), качество и периодичность технического обслуживания, использование машины (бережливое отношение водителя во время езды, использование машины с учетом ее возможностей и технических характеристик и т.п.).
Технический уровень автомобиля обеспечивает предприятие-производитель. Это материалы, из которых изготавливается средство передвижения, конструкция машины, технология ее изготовления.
Условия окружающей среды зависят от района, в котором авто эксплуатируется: загрязнения окружающей среды, климата, дорог.
Среди климатических условий, наиболее сильное влияние на коррозию автомобиля (машины) оказывают влажность, температура и состав окружающей среды.
По ГОСТ 9.014-78 (Единая система защиты от коррозии и старения. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования.) условия хранения, транспортировки и эксплуатации подразделяют на следующие виды: Л – легкие (хранение в сухом проветриваемом и отапливаемом гараже), С – средние (хранение на открытом воздухе под навесом в умеренном и холодном микроклимате), Ж – жесткие (транспортировка на открытом воздухе, трюме корабля при небольшой влажности; хранение на открытом воздухе, под навесом в сельской атмосфере, периодическая эксплуатация при гаражном хранении, постоянная – при оптимальных режимах), ОЖ – очень жесткие (при транспортировке на палубе корабля, хранение на открытом воздухе под навесом в промышленной и морской атмосферах, периодическая эксплуатация в умеренном или сухом тропическом климате с хранением на открытом воздухе), ОТ – особо тяжелые (транспортировка на палубе корабля во влажном тропическом климате, периодическая эксплуатация с хранением на открытом воздухе или под навесом в условиях влажного тропического и холодного климата в промышленной атмосфере).
Окружающая атмосфера условно делится на промышленную, сельскую и морскую. Наименьшей агрессивностью отличается сельская атмосфера.
В легковых автомобилях и автобусах быстрее всего подвергается коррозии кузов. В грузовых – кабина, рама и некоторое другое. Кузов, кабина, рама подвергаются чаще всего чисто коррозионному износу, а трансмиссия, двигатель – коррозионно-механическому и механическому разрушению (износу).
Коррозия автомобиля очень опасна, т.к. может послужить причиной аварии.
Оптимальные условия для хранения автомобиля
Для того чтоб Ваш автомобиль прослужил долго и не подвергался воздействию коррозии, необходимо придерживаться нескольких основных правил хранения. Помещение, в котором находится машина, должно быть сухим, хорошо проветриваться и, желательно, отапливаться в холодное время года. Это необходимо для того, чтоб влага на поверхности автомобиля быстро испарялась. Мокрый автомобиль (например, после дождя или снега) должен в гараже хорошо просохнуть. Протекание электрохимической коррозии невозможно при отсутствии влаги. Хорошая вентиляция гаража обеспечивается наличием вентиляционных щелей в дверях, сквозных отверстий между совмещенными вместе гаражами, вентиляционного отверстия в крыше помещения.
Хранение автомобиля в сыром, плохо вентилируемом помещении намного более опасно, чем хранение просто на открытом воздухе. На воздухе авто проветривается, а в сыром гараже создаются наилучшие условия для протекания электрохимической коррозии металла.
При хранении машины под тентом необходимо, чтоб между поверхностью кузова и тентом был хоть небольшой воздушный зазор. Это нужно для того, чтоб влага с поверхности испарялась быстрее. Также в тенте необходимы специальные вентиляционные отверстия.
Коррозия автомобиля
Автомобиль может подвергаться как химической коррозии, так и электрохимической. Ярким примером химической коррозии является разрушение выпускного тракта двигателя под воздействием отработавших газов. Также газовая химическая коррозия автомобиля может наблюдаться и в его топливной системе, если в топливных жидкостях присутствуют примеси сероводорода, меркаптанов, элементарной серы и т.д. При этом корродируют металлические вкладыши подшипников.
Но в большинстве случает, автомобиль все же поддается воздействию электрохимической коррозии, которая поражает больше составляющих частей машины и имеет место только в случаях присутствия на поверхности металла электролита. Исследования доказали, что в атмосферных условиях на поверхности любого металла всегда присутствует пленка влаги. Толщина ее зависит от температуры, влажности воздуха и других показателей.
Любая металлическая поверхность автомобиля является электрохимически неоднородной (некоторые участки имеют разность электродных потенциалов). Поверхность с меньшим значением электродного потенциала (при контакте с электролитом) становится анодной, а с большим – катодной. Каждая пара неоднородных участков образует короткозамкнутый гальванический элемент. Таких работающих гальванических элементов на поверхности автомобиля очень много. При этом идет разрушение только анодных участков. Разность потенциалов может возникать по многим причинам, о которых можно прочитать в статьях, о внешних и внутренних факторах электрохимической коррозии.
Если металлическая поверхность не защищена, то условия для протекания коррозионных процессов есть всегда. Автомобиль может подвергаться местным (коррозия пятнами, точечная, нитевидная, сквозная, межкристаллитная, язвенная, подповерхностная) коррозионным разрушениям.
Коррозия автомобиля, по условиям протекания, подразделяется на:
— коррозию в неэлектролитах (масляная и топливная системы);
— газовую (разрушение выпускной трубы, глушителя, на фасках тарелок выпускных клапанов в камерах сгорания);
— в электролитах (в местах застоя влаги);
— контактную (места контакта металлов с разным электродным потенциалом);
— атмосферная (при хранении, транспортировки и эксплуатации автомобиля);
— щелевая (в зазорах и узких щелях);
— структурная (в местах с неоднородностью состава металла, например, после сварки);
— в условиях трения (наблюдается в узлах трения, где есть коррозионная среда);
— под напряжением (на поверхностях, которые находятся под напряжением);
— биокоррозия (под воздействием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности).
Очень опасными для автомобиля являются различного рода зазоры, трещины лакокрасочного покрытия, швы контактной сварки кузова и т.п. В них скапливается и застаивается влага. Развивается щелевая коррозия. Кислород, который находится в щели, очень быстро расходуется на протекание коррозионных процессов. В итоге, образуются зоны обедненные кислородом (анод) и с нормальным его доступом (катод). Возникает гальванический элемент.
С окрашенным авто все происходит почти так же само. Во время его эксплуатации покрытие подвергается воздействию различных загрязнений, перепадов температур (порой довольно значительных), солнечной радиации и др. Со временем ЛКП трескается. Именно трещины и являются основными очагами коррозионного разрушения. Кислород может спокойно проникать к самой стали, и со временем стальная поверхность становится анодной. Коррозия стали протекает в сильнощелочной среде. Появившиеся продукты коррозии постепенно разрушают защитно-декоративное покрытие.
Можно сказать, что коррозия кузова автомобиля, как результат совместной работы коррозионно-механического износа, а также электрохимической и химической коррозии, протекает в следующем порядке:
— коррозия кузова автомобиля под лакокрасочным материалом;
— вспучивание покрытия, его шелушение в местах протекания коррозии автомобиля;
— образование сквозных отверстий в кузове автомобиля;
— в результате коррозионных процессов растрескиваются сварные соединения автомобиля;
— разрушение силовых элементов машины, в результате чего теряется жесткость кузова;
— расшатывание дверных петель и потеря жесткости порогов и стоек;
— вследствие перемещения и расшатывания узлов автомобиля, которые присоединяются непосредственно к кузову, нарушается система управления машины.
Многочисленные исследования и опыт показали, что различные детали и узлы автомобиля подвергаются коррозии в разной степени. Это связано с их расположением относительно поверхности дороги, материалом, из которого тот или иной узел изготовлен, конструкцией, вентиляцией, и, конечно же, условиями эксплуатации автомобиля.
Шведский институт коррозии, совместно с одной из авто-фирм, в течение нескольких лет проводили испытания и наблюдения автомобилей. Целью данных исследований было: определить, какие из несущих частей кузова наиболее сильно подвержены коррозионному разрушению, причины возникновении коррозии этих узлов. В осмотрах принимали участие различные модели легковых автомобилей.
По результатам наблюдений, в большей степени подвергаются коррозии следующие элементы: поперечины, стойки, различные опоры (которые находятся под нагрузкой) и кронштейны пружин, лонжероны, двери, днище кузова автомобиля, ниши фар, крылья и бамперы.
Основными причинами разрушения вышеперечисленных частей автомобиля являются: воздействие влаги, дорожной грязи, пыли, выхлопных газов, вредных соединений в воздухе, противогололедных средств (например, соль или песок на дорогах). Отдельной графой можно отметить механические повреждения лакокрасочных и защитных покрытий частичками щебня и гравия.
Защита автомобиля от коррозии
Одним из важных аспектов в борьбе с коррозией автомобиля является рациональное конструирование. Создание такой конструкции, которая будет наименьше всего подвергаться коррозионному разрушению и даже предотвращать возникновение очагов ржавчины. Для этого необходимо, чтоб на кузове и других частях не могла застаиваться влага, недопустимо совмещать материалы, которые подвергаются контактной коррозии и т.д.