ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами из "Химмотология" В процессах хранения, транспортирования и применения топлива могут вызвать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение технических характеристик резин, герметиков и других материалов. Все это приводит к преждевременному износу и снижению прочности двигателей, трубопроводов и резервуаров, сокращает сроки эксплуатации машин и механизмов. Продукты сгорания топлив способны вызывать коррозию цилиндров, поршней, клапанов, агрегатов выпускного тракта двигателей и увеличивать коррозионную активность атмосферы. [c.68] Под коррозией понимают самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой (газами либо жидкостями). Процесс коррозии обычно протекает на границе двух фаз — металла и жидкости или газа. [c.68] Причиной возникновения коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Все атомы металлов, из которых изготовлены металлические детали машин и механизмов, резервуары и трубопроводы, в условиях эксплуатации стремятся перейти в более стабильное окислбнное (ионное) состояние. Самопроизвольный переход металла в такое устойчивое состояние и составляет суть коррозии. [c.68] Химический или электрохимический коррозионные процессы принципиально различны по механизму и по скорости протекания. [c.68] Многочисленными исследованиями установлено, что на поверхности металлов, соприкасающихся с атмосферой, всегда образуется тонкая пленка воды. Газы, находящиеся в воздухе, растворяются в пленке воды и создают электролит на металлической поверхности. Так возникают условия для электрохимической коррозии в атмосфере. Аналогичные условия возникают и в топливных системах, резервуарах и трубопроводах. Небольшое количество воды может попадать в топливо при заправке, резкой смене температуры и влажности воздуха. При хранении топлив в них могут образовываться и некоторые водорастворимые продукты окисления, которые также образуют пленку электролита, - т. е. вызывают электрохимическую коррозию. [c.69] Другой участок поверхности металла, который имеет более положительный электродный потенциал, в контакте с электролитом становится катодом. На, катоде происходит ассимиляция тех электронов, которые освободились на анодном участке металла. Например, при наличии кислот в электролите на катодном участке металла ионы водорода поглощают избыток электронов и тем самым разряжаются, превращаясь в атомы водорода. Атомы водорода, соединяясь друг с другом, могут образовывать молекулы водорода, а они в виде пузырьков газа выделяются из раствора. Однако, атомарный водород может образовывать оболочку на поверхности катода, и эта оболочка тормозит коррозионный процесс вплоть до его прекращения. Образование оболочки — пленки водорода называют поляризацией. Обратный процесс — разрушение водородной пленки, связанный с удалением водорода с поверхности катода, называют деполяризацией, а вещества, способные связывать и удалять водород, называют деполяризаторами. [c.70] Таким образом, при контакте металла с электролитом протекают два процесса анодный, обусловленный образованием ионов металла в электролите и избыточных электронов на анодных участках, и катодный, связанный с ассимиляцией электронов. Анодный и катодный участки разделены, и для протекания обоих процессов необходим переток электронов в металле и ионов в электролите. Электроны перетекают от более отрицательного анодного участка к менее отрицательному или более положительному катодному участку, стремясь к выравниванию потенциалов замкнутых электродов. Одновременно в электролите идет соответствующее перемещение катионов и анионов. Иными словами, каждая пара электрохимически неоднородных участков металла в присутствии электролита образует короткозамкнутый гальванический элемент. Поверхность корродирующего металла представляет собой множество постоянно работающих гальванических элементов, при этом анодные поверхности разрушаются. [c.70] Не трудно заметить, что электрохимическая коррозия в отличие от химической протекает в электропроводящей среде и состоит не из одного акта, а из нескольких одновременно идущих электродных процессов. [c.70] Оксиды Ре2+ и Ре + нерастворимы в воде и входят в состав продуктов коррозии железа (ржавчина, окалина). [c.71] Коррозионная активность зависит от состава топлива. Сами углеводороды, содержащиеся в топливе, не оказывают коррозионного воздействия на металлы и сплавы. Коррозионная же активность топлив обусловливается наличием в них неуглеводородных примесей (в первую очередь, сернистыми и кислородными соединениями) и водорастворимыми кислотами и щелочами. [c.71] Водорастворимые кислоты и щелочи являются случайными примесями. Чаще других в топливах может присутствовать щелочь в чистом виде или в виде мыл нафтеновых кислот. Некоторые виды топлив для удаления сернистых и кислородных соединений подвергают обработке 8—12%-м раствором-щелочи. После защелачивания топлива промываются водой, но при недостаточной отмывке в топливе остаются следы щелочи или мыла нафтеновых кислот. Присутствие следов серной кислоты или ее кислых эфиров в топливах после сернокислотной очистки практически исключено, так как эта очистка в настоящее время не применяется. Среди водорастворимых кислот могут оказаться сульфокислоты как продукты глубокого окисления некоторых сероорганических соединений. Другие водорастворимые кислоты и щелочи могут попасть в топлива, например, при использовании недостаточно чистой тары или трубопроводов. Водорастворимые кислоты вызывают сильную коррозию любых металлов, а щелочи корродируют алюминий, поэтому присутствие тех и других в топливах недопустимо. [c.71] Среди других примесей на коррозионную активность топлив больше всего влияют сероорганические соединения. При обычных температурах не все соединения серы вызывают коррозию металлов. Наиболее активны сероводород, свободная сера и меркаптаны. Эти вещества называют соединениями активной серы, и их содержание в топливах строго ограничивается. [c.71] Кроме активных сернистых соединений — сероводорода, серы и меркаптанов — в топливах присутствуют и неактивные, такие, как сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны, которые при обычных температурах не взаимодействуют с металлами. Подобное деление соединений серы справедливо только для периода хранения и транспортирования топлива. В процессе сгорания топливо-воздушной смеси в двигателе все сернистые соединения образуют коррозионноактивные оксиды серы —502 и 50з. Именно поэтому общее содержание серы в топливах обязательно ограничивается. [c.72] Характер коррозионного действия оксидов серы на металлы зависит от температуры (рис. 10). При относительно низкой температуре, когда возможна конденсация водяных паров из продуктов сгорания, имеет место электрохимическая коррозия под действием серной или сернистой кислот (растворение ЗОг и ЗОз в воде происходит весьма быстро). Это — область низкотемпературной электрохимической коррозии (область 1). При температуре выше критической конденсации влаги на поверхностях не происходит и протекает высокотемпературная сухая газовая химическая коррозия (область 2). [c.72] Основные объекты коррозионного воздействия продуктов сгорания сернистых соединений — цилиндро-поршневая группа двигателя и выпускной тракт. Лабораторными и дорожными испытаниями установлено, что общий износ деталей двигателей примерно прямо пропорционален содержанию серы в топливе, а очистка топлив от серы является радикальным средством снижения коррозионного износа цилиндро-поршневой группы двигателя. При необходимости использования сернистых топлив (особенно дизельных, где содержание серы может достигать 1%) снижение коррозионного износа возможно за счет введения щелочных присадок в масло. Такие присадки нейтрализуют кислоты и предотвращают коррозию. [c.73] Все отечественные товарные масла для автомобильных дизелей обязательно содержат присадки. Применение топлив с ограниченным содержанием серы и при обязательном присутствии противокоррозионной присадки в масле обеспечивают минимальный коррозионный износ деталей двигателя. [c.73] Сложнее защитить от коррозии элементы выпускного тракта двигателя и особенно глушителя. Оксиды серы легко растворяются в капельках воды, конденсирующихся из продуктов сгорания. Такой конденсат представляет собой слабый раствор серной и сернистой кислот высокой коррозионной агрессивности. Здесь единственный хнммотологический путь снижения коррозии — уменьшение содержания серы в топливах. [c.73] Кислородсодержащие соединения всегда присутствуют в топливах в том или ином количестве. Они могут попадать в топливо из нефти или ее дистиллятов в процессах нефтепереработки, а также могут образовываться при окислении нестабильных углеводородов при хранении и транспортировании топлив. [c.73] Среди кислородсодержащих соединений, попадающих в топлива из нефти, высокой коррозионной агрессивностью обладают нафтеновые кислоты. Однако они оказывают заметное коррозионное действие только на свинец и цинк, а на другие цветные металлы, и тем более на черные, они действуют незначительно. Это обстоятельство позволило использовать концентрат нафтеновых кислот в качестве противоизносной присадки к топливам (см. гл. 6). Тем не менее общее содержание нафтеновых кислот в стандартах на топлива обычно ограничивают предельно допустимой величиной кислотности. [c.73] Для снижения коррозионной активности, как было отмечено выше, топлива подвергают очистке. Современным и распространенным методом удаления примесей из топлив является гидроочистка, в результате которой снижается содержание сернистых и кислородных соединений. [c.74] Вернуться к основной статье