Виды коррозии в кузовах

Коррозионные процессы в кузовах подразделяются как по условиям протекания, так и по характеру коррозионного разрушения.

По условиям протекания различают: атмосферную, щелевую, питтинговую, контактную и кавитационную коррозии.

Атмосферная коррозия – это вид электрохимической коррозии, возникающей при непосредственном воздействии атмосферы на металл.

Различают сухую, влажную и мокрую атмосферные коррозии. При сухой атмосферной коррозии процесс протекает очень медленно, и если в атмосфере нет агрессивных примесей, существенного разрушения металла не происходит. Влажная атмосферная коррозия развивается при влажности менее 100 %. Этот вид коррозии характеризуется язвенным и точечным разрушениями. Мокрая атмосферная коррозия развивается при влажности, близкой к 100 %. Наличие в атмосфере примесей окиси серы и частиц хлористого натрия интенсифицирует процесс атмосферной коррозии.

Щелевая коррозия возникает в местах неплотного соединения элементов кузова и как следствие, наличию большего количества щелей. Щелевая коррозия развивается в местах постановки болтов, заклепок и самонарезающих винтов. Природа щелевой коррозии электрохимическая. Развивается она интенсивно при некоторых оптимальных размерах щели. Для кузовных сталей этот размер составляет 0,25…0,75мм.

Питтинговая коррозия начинается в местах повреждения лакокрасочного покрытия щебнем, не связанным в покрытии дороги. Язвы питтинговой коррозии имеют небольшую площадь, но часто большую глубину, что приводит к образованию сквозных повреждений. Питтинговая коррозия часто наблюдается в декоративных хромоникелевых покрытиях бамперов, молдингов, дверных ручек и др.

Контактная (электрохическая) коррозия происходит в результате соприкосновения деталей из разных и даже однородных материалов. Например, если алюминий соприкасается с другим металлом, который в электрохимическом ряду напряжений металлов обладает большим электрическим потенциалом по сравнению с алюминием, и, если присутствует электролит, например, соленая вода, тогда начинается контактная коррозия (рис. 4.2). Эффект будет тем сильнее, чем больше будет разница в потенциалах. Если в конструкции кузова помимо стали используются и детали из других металлов, например, алюминия, то важное значение приобретает вопрос предотвращения электрохимической коррозии. Теоретически это относится к практически любому сочетанию металлов, однако мы рассмотрим электрохимическую коррозию именно на примере алюминия, так как этот металл, обладая особенно низким значением электродного потенциала, представляет намного большую опасность с точки зрения электрохимической коррозии. Каждый металл имеет определённый электродный потенциал, отличающийся от электродного потенциала других металлов. Если теперь вместо контакта двух или более различных материалов добавить электролит (раствор кислот, оснований или солей), то возникнет элементарная гальваническая ячейка, создающая разность потенциалов, которая, в свою очередь, будет создавать электрический ток. При этом тот металл, у которого отрицательный электродный потенциал больше, всегда будет растворяться первым.

К этому виду относят также коррозию трения, при которой разрушаются поверхности деталей, подверженных вибрации, или совершающих незначительные возвратно-поступательные перемещения относительно друг друга. При этом процесс поверхностного разрушения металла сопровождается уменьшением прочности на 40 %.

Кавитационной коррозии подвергаются те детали кузова, которые оказываются под воздействием воды, например, днища кузова. Капли влаги, попадая на днище, создают замыкание кавитационных пузырьков, вызывающих гидравлический удар.

По типу коррозионного разрушения различают общую и местную коррозию.

Общая коррозия возникает в кузовах под воздействием окружающей среды при эксплуатации автомобилей в загрязненной промышленной атмосфере, и характеризуется образованием на поверхности металла сплошного налета продуктов коррозии. Сплошная коррозия нарушает такие участки кузова, как надколесные дуги, оголенные от защитного слоя противокоррозионного материала.

Местная коррозия развивается с большой скоростью на ограниченных участках поверхности и приводит к образованию в короткие сроки сквозных отверстий или трещин. Самыми распространенными видами местной коррозии в кузовах являются щелевая и питтинговая коррозии и коррозионно-усталостные процессы.

Типовыми разрушениями в кузовах являются: нижняя часть пола кузова и крылья; скрытые полости порогов дверей, крыльев, крышки багажника, капота двигателя и др. элементов кузова (общая и щелевая коррозия); сварные стыки панелей кузова (щелевая коррозия); кронштейны пружин и опор, воспринимающие нагрузки (коррозионно-усталостные процессы и щелевая коррозия); бамперы (питтинговая коррозия).

Процессы коррозии в ряде случаев комбинируются с действием механических факторов (трением, ударом, растягиванием и переменными напряжениями). Соответственно различают процессы коррозионного истирания, коррозионной кавитации, коррозионного растрескивания, коррозионной усталости.

Коррозионные поражения металлов и сплавов всегда начинаются с поверхности и являются, как правило, следствием разнообразных окислительно-восстановительных реакций, протекающих на границе металл — среда.

Разрушение металла от коррозии носит различный характер и может сопровождаться покрытием поверхности сплошным ровным слоем без глубоких местных разъеданий (сплошная коррозия). Ме­стная коррозия проявляется в виде пятен, покрывающих значитель­ные участки поверхности на небольшую глубину (коррозия пятнами), или в виде точечных повреждений, глубина которых может быть от небольших ямок до сквозного поражения металла (точечная коррозия).

Наиболее опасной формой разрушения является межкристаллитная коррозия, которая распространяется под поверхностным слоем металла, по границам кристаллитов. В результате межкристаллитные связи нарушаются, коррозия распространяется в глубь металла, вследствие чего механические свойства его сильно снижаются. Раз­витию межкристаллитной коррозии способствуют силовые, особенно динамические нагрузки

Однако наибольший вред приносит электрохимическая коррозия, возникающая в жидких электролитах и при контакте с влажными газами.

Электрохимическая коррозия имеет место в случаях, когда два различных металла образуют в соединении гальванический элемент, в котором более благородный металл (с более высоким электродным потенциалом) становиться катодом, а менее благородный – анодом. Из двух металлов всегда разрушается менее благородный, поскольку он автоматически становиться анодом.

С точки зрения развития коррозии металлы располагают в порядке убывания электродного потенциала – от наиболее благородного к наименее благородному металлу в следующем порядке: платина – золото – графит – серебро – нержавеющая сталь – алюминий.

Чем более благороден один металл по отношению к другому, тем сильнее склонность к коррозии соединения, составленного из этих металлов и оказавшегося в коррозионной среде. При изготовлении кузовов легковых автомобилей обычно используют металлы в следующих комбинациях: сталь – медь, сталь – алюминий.

Возможно также возникновение макрогальванических коррозионных элементов (макропар) в тех случаях, когда локализация анодной и катодной реакции происходит на значительных участках поверхности металлических деталей. Ком­поненты-окислители играют роль деполяризаторов при работе всех коррозионных гальванических пар.

Коррозия в электролите протекает без кислорода воздуха, на­пример коррозия внутренних поверхностей системы охлаждения двигателя. Воздействию влажных газов (атмосферная коррозия) могут под­вергаться днище кузова, внутренние поверхности крыльев и все неокрашенные или не покрытые защитной пленкой металлические детали. Все факторы, влияющие на развитие коррозионных процессов можно подразделить на три группы, рис. 4.3.

При хранении автомобилей биологическая среда, особенно во влажном и жарком климате, вызывает грибковые образования (пле­сень). В результате воздействия грибков разрушаются детали из дерева, текстиля, пластмасс и некоторые лакокрасочные покрытия. Наличие плесени на поверхности материала способствует задер­жанию влаги и усиленному химическому разложению материала. На окрашенных поверхностях плесень вызывает обесцвечивание и разрушение слоя краски.

Автомобили, находящиеся на открытых площадках, подвергаются действию прямых солнечных лучей. Действие солнечной радиации (тепловой эффект и большое содержание ультрафиолетовых лучей) проявляется в химическом разложении пластмасс, резины, тканей, дерева и лакокрасочных покрытий.

Одним из наиболее действующих факторов внешней среды яв­ляется температура (повышенная и пониженная), которая вызывает нарушение условий хранения автомобилей, особенно на открытых площадках. При этом изменяются физические свойства материалов, нарушаются линейные размеры деталей, сопряжений, структура материалов, происходит деформация деталей из неоднородных ма­териалов. Для ограничения коррозии необходимо, что бы увлажнённые детали быстро сохли, для этого необходимо применять сушку после мойки автомобиля, перед постановкой их на хранение, ТО и ремонт, вентиляцию помещений для хранения автомобилей, содержание их в сырых и плохо вентилируемых помещениях более опасно, чем на открытом воздухе.

При колебаниях температур в течение суток на поверхности деталей и внутри агрегатов конденсируется влага, которая проникает в зазоры, трещины, поры, замерзает в них и в результате объемного расширения вызывает разрушение деталей. Большое влияние на коррозию металлов оказывает конденсация влаги.

Процесс конденсации влаги в металле зависит от температуры окружающей среды, разницы температур воздуха и металла (ΔТ), влажности воздуха. В табл. 4.1 приведены значения относительной влажности воздуха, при которой наступает конденсация влаги.

Условия конденсации влаги на кузове

Из атмосферы на поверхность метал­ла электролит может выпадать в виде сплошной пленки или в виде отдельных капель. Многочисленные наблюдения и опыты показали, что конденсат в виде капель вызывает более интенсив­ную коррозию, чем в виде сплошной пленки. Наибольшее количество капель конденсата выпадает, на так называемых неблагородных металлах, железе, магнии, алюми­нии, цинке и т. п. Конденсат в виде капель возникает не только на наружной поверхности облицовки кузова, но и в закрытых полостях кузовов легковых автомобилей, вследствие чего там возникает коррозия в виде язв и точечная коррозия.

Высокая скорость выпадения конден­сата или длительная ежесуточная конденсация способствует слиянию отдельных капель в сплошную пленку, в результате чего процесс коррозии несколько замедляется.

Периодическое смачивание конденсатом — электролитом вызывает во много раз большее разрушение коррозией, чем непрерывное нахождение металла в электролите. Различные металлы и сплавы корродируют по-разному при периодическом смачивании. Так, наиболее устойчивыми в этом случае являются сплавы алюминия, нестойкими — сплавы желе­за, а сплавы цинка совершенно не реагируют на периодическое смачивание.

Наличие в атмосфере паров кислот, щелочей и солей способствует более интенсивному разрушению материалов.

Увлажненная пыль, попадая на лакокрасочные покрытия авто­мобилей, вызывает медленную химическую реакцию и разрушение этого покрытия.

Процесс атмосферной коррозии также ускоряется при действии света и особенно при наличии пыли на поверхности металлических деталей. Под действием указанных факторов, особенно тепла и света, происходит старение материалов органического происхожде­ния. Лакокрасочное покрытие выцветает, растрескивается и теряет блеск; резиновые детали затвердевают, растрескиваются, теряют эластичность (в результате нарушается герметичность агрегатов и узлов автомобиля); деревянные детали растрескиваются и подвер­гаются гниению; стеклянные детали темнеют. По результатам исследований влияние применяемой для борьбы с обледенением дорог препаратов, в странах центральной Европы за 9 летних месяцев удельный вес годовой коррозии автомобилей составляет 32 %, а на три зимних месяца – 68 %. В свою очередь эти 68 % распределены: 43 % – коррозия по атмосферным причинам; 57 % – коррозия под влиянием противообледенительных средств.

Различают термическое и световое окисление. С повышением температуры и усилением ультрафиолетового освещения скорость реакции окисления значительно возрастает. При этом происходит дробление больших молекул высокомолекулярных химических сое­динений на меньшие соединения и возникновение в них добавочных внутренних связей. В результате таких изменений в структуре пластмасс, резинотехнических изделий, текстильных материалов и других органических соединений происходят изменения, которые вызывают коробление и образование трещин, потерю эластичности и упругости. Так, резинотехнические изделия, расположенные сна­ружи агрегатов автомобилей, начинают разрушаться через 3 года, а находящиеся внутри – через 5 лет. Физико-химические свойства неорганических материалов при воз­действии внешней среды изменяются в меньшей степени, чем ор­ганических.

Современный автомобиль должен быть по возможности легче, иметь большую скорость и хорошие эксплуатационные свойства. Поэтому прочный массивный каркас уступил место тонким стальным листам, что приводит к недостаточной их коррозионной стойкости. Причём в результате сварки получается много замкнутых полых пространств и щелей, скрытых от контроля, в которых создаются благоприятные условия для возникновения коррозионных процессов.

Следует учитывать, что интенсивность коррозии зависит от размера зазора, щели: наибольшая интенсивность коррозии наблюдается при зазоре 0,25…0,7мм, особенно если среда содержит раствор соли.

В нормальных температурных условиях протекает электрохимическая контактная коррозия. Одной из причин возникновения контактной коррозии является контакт металлов в местах сварки, заклепочных и болтовых соединениях.