Испытания на воздействие атмосферы с коррозионно-активными агентами

Условия испытаний и применяемое испытательное оборудование. Ла­бораторные испытания на воздействия атмосферы с коррозионно­активными агентами осуществляются с помощью специальных уста­новок, которые в зависимости от целей испытаний могут быть предназначены для воспроизведения газообразной атмосферы и сре­ды, содержащей соляной (морской) туман. Получение в установках газообразной атмосферы может достигаться путем смешивания необ­ходимых газовых компонентов, сжигания соответствующих газов и другими методами.

Установка, обеспечивающая образование испытательной атмосфе­ры путем смешивания необходимых газовых компонентов (рис. 6.40), состоит из воздухоочистителя 12 и кондиционера воздуха 77, осуще­ствляющих очистку, поддержание определенной температуры и влаж-

12 11 10 Рис. 6.40. Установка для испытаний на воздействие промышленной атмосферы, содержащей двуокись серы

 

ности; устройства для подачи газа 9 и дозировочного насоса 10; сосу­да газоуловителя 1, который посредством промывки газа устраняет остатки коррозионно-активных агентов из выбросов газов; расходо­мера (ротаметра) воздуха 3 и всасывающего насоса 2. Теплоизолиро­ванная слоем изоляции 5 испытательная камера 4 оснащена системой нагрева и (или) охлаждения 6 и рассекательными пластинами 7. Газ, вызывающий коррозию, с помощью напорного редукционного кла­пана 8, дозатора 10 и инжектора 13 вводится в трубопровод, где он смешивается с потоком воздуха, поступающим от кондиционера. При этом должна поддерживаться массовая концентрация агрессивной среды ±25%.

Для создания испытательного режима необходимо, чтобы в ка­мере была равномерная концентрация коррозионно-активных аген-

тов. С этой целью в ней нужно обеспечить взаимное перемещение образцов (изделий) и окружающей их испытательной среды, что мо­жет быть достигнуто перемещением образцов или циркуляцией испы­тательной среды. При этом все образцы должны находиться в одина­ковых условиях в течение всего периода испытаний. Указанное требование чаще всего реализуется путем циркуляции непрерывного потока газа со скоростью 6—17 мм-с"1 и правильным размещением образцов в камере. В испытательной камере газ равномерно распре­деляется благодаря рассекательным пластинам 7. Рекомендуется, чтобы общий поток газов через камеру обеспечивал не менее чем трехкратный и не более чем пятикратный обмен газа в час. При этом испытуемые изделия должны быть защищены от прямого попадания входящего газового потока. Газ удаляется из испытательной камеры с помощью всасывающего насоса и проходит через сосуд газоулови­теля 7, в котором задерживаются коррозионно-активные агенты. Между сосудом газоуловителя и всасывающим насосом помещается вымораживающая ловушка.

Испытательные камеры должны быть изготовлены из материа­лов, стойких к воздействию соответствующих видов агрессивных сред. Они должны иметь: устройства для измерения параметров среды и для отбора ее проб; электрические вводы для измерения параметров испытуемых изделий; устройства для установки и крепления изделий. В камере в месте расположения изделий должна поддерживаться тем­пература с точностью до ±2 °С. При этом допускаются отдельные крат­ковременные отклонения до ±5 °С, но не более чем на 15 мин. за 6 ч испытаний. Также должна поддерживаться относительная влажность с точностью не хуже ±2%, исключающая конденсацию влаги на стен­ках камеры.

Камера для испытаний на воздействие соляного тумана отличается от камер влажности тем, что соляной туман получается распылением соляного раствора. При этом степень распыления раствора должна обеспечивать получение соляного тумана с определенными свойства­ми. Для характеристики свойств соляного тумана пользуются двумя основными параметрами: дисперсностью и водностью. Дисперсность тумана оценивает степень раздробления вещества на частицы. Чем мельче частицы, тем больше дисперсность. Нормальный туман в камере должен обладать дисперсностью, характеризуемой содержа­нием в полезном объеме камеры 95% частиц тумана (капелек) разме­ром 1—10 мкм. Под водностью тумана понимают число капель жид­кой влаги в единице объема.

Важным требованием, предъявляемым к камере, является ее высокая коррозионная стойкость. В связи с этим необходимо изго­товлять камеры из соответствующих материалов: коррозионностой — кой стали, жесткого полихлорвинила, полиэтилена, стекла и других материалов, не требующих специальных покрытий. Так, например, камера может быть выполнена из полимера, армированного стекло­волокном, а снимающаяся крышка (колпак) — из оргстекла. При использовании в конструкции металлов целесообразно, чтобы они имели близкие электродные потенциалы, что уменьшало бы вероят­ность возникновения коррозии. Имеются попытки изготовления ма­логабаритных камер и их отдельных элементов (включая форсунку распылителя) из стекла. Таким образом, камеры и все ее вспомога­тельные элементы должны быть изготовлены из материалов, исклю­чающих попадание продуктов их коррозии на испытуемые изделия. Камера должна надлежащим образом вентилироваться для обеспече­ния равномерного распределения соляного тумана, что позволяет ему свободно циркулировать вокруг испытуемых изделий. Конструкция выпускного отверстия вентилятора должна исключать возникновение сильных воздушных потоков в камере.

Для получения влажного густого тумана высокой дисперсности можно использовать распылители, которые размещаются в камере таким образом, чтобы исключить возможность непосредственного попадания распыляемой жидкости на изделия (образцы) во время испытаний.

Распыление соляного раствор осуществляют с помощью аэро­зольного аппарата или по принципу инжектора пульверизатора (фор­сунки).

Методы испытаний на воздействие коррозионно-активных агентов.

Указанные испытания проводятся при предварительных или приемоч­ных испытаниях, а иногда и при типовых испытаниях. Их рекоменду­ется проводить в случаях, когда материалы, покрытия и технологичес­кие процессы изготовления изделий отличаются от ранее испытанных или эксплуатирующихся аналогичных изделий, а также когда изделия не предназначены для размещения в герметичных объемах.

Испытания изделий на стойкость к воздействию коррозионноак­тивных агентов в зависимости от требований к конкретным изделиям могут проводиться как при электрической нагрузке, так и без нее. Испытания изделий при электрической нагрузке целесообразно про­водить в случаях, когда это соответствует условиям эксплуатации и способствует разрушающему действию электролиза или электрохи­мической коррозии. Для исключения возникновения ошибочных вы­водов по результатам испытаний и «ужесточения» воздействия данно­го испытания рекомендуется изделия, испытываемые на воздействие коррозионно-активных агентов, не подвергать другим видам испыта­ний. Если изделия имеют специальные посадочные места, то они Должны быть защищены временным покрытием от коррозии. Не ре­комендуется для испытаний в различных средах использовать одни и те же изделия.

Под воздействием коррозионно-активных агентов на радиоэлект­ронные и электротехнические средства измерений может возникать коррозия кожухов, элементов конструкций и, в частности, контак­тов и соединений, непосредственно определяющих значения элект­рических параметров. У коммутационных, присоединительных и ус­тановочных изделий усилие, обеспечивающее временный контакт между деталями, слабое, и поскольку большинство металлов, из которых изготовлены контакты, подвержены действию коррозии, то их контактное сопротивление возрастает. У неразъемных соедине­ний, выполненных накруткой или обжатием, внешнее усилие, обес­печивающее соединение, велико, и оно вызывает деформацию ме­таллов, а иногда и местную холодную сварку, обеспечивающую хороший контакт. Однако в случаях, когда усилие накрутки или об­жатия недостаточно, соединения могут быть низкого качества и при естественном термоциклировании они ослабляются, что приводит к усилению воздействия коррозионно-активных агентов, а следователь­но, к увеличению контактного сопротивления в результате коррозии.

Испытания на воздействие коррозионно-активных агентов могут быть нормальными, ускоренными и проводимыми на климатических испытательных станциях. При проведении нормальных испытаний значения параметров испытательного режима и продолжительность испытаний изделий на стойкость к воздействию специальных сред (ГОСТ 24682-81) устанавливают в соответствии с условиями и дли­тельностью их воздействия при эксплуатации.

Испытания на атмосферную коррозию могут проводиться на так называемых климатических испытательных станциях. Предусмотре­ны испытания на общую, контактную, щелевую коррозию и кор­розию при действии механических напряжений. Указанным видам испытаний подвергают не изделия, а специальные образцы, изго­товленные из соответствующих металлов, сплавов или имеющие ме­таллические и неметаллические неорганические покрытия. Очевид­но, что реализация таких испытаний потребует весьма значительного времени и не всегда технически и экономически целесообразна. В связи с этим широкое применение получили ускоренные испытания на атмосферную коррозию, осуществляемые за счет изменения зна­чений одного или нескольких параметров, определяющих скорость коррозии. К таким параметрам относятся: относительная влажность, степень конденсации влаги, температура, концентрация коррозион­но-активных агентов, продолжительность испытаний и чередований условий их проведения, состояние поверхности изделий, электри­ческие напряжения и сила токов, механические напряжения и т. д.

Скорость коррозии также существенно зависит от конструкции изде­лия: от степени экранирования контактирующей поверхности изде­лия с окружающей средой, определяемой конструкцией корпусов; от электродных потенциалов металлов, из которых изготовлены отдель­ные элементы конструкций, и т. д.

Выбрать единый параметр, определяющий ускорение процесса испытаний, не представляется возможным, поскольку ускорение за­висит от конструкции, элементной базы и материалов, из которых изготовлено изделие, а также от условий эксплуатации.

Процесс коррозии может быть ускорен различными способами, основными из которых являются следующие:

1. Увеличение относительной влажности выше 85%. Однако при этом вид коррозионной пленки может быть отличен от получаемой в естественных условиях. При относительной влажности менее 70% процесс коррозии заметно замедляется. Увеличение относительной влажности до 95% при определенных условиях может приводить к конденсации влаги, что вызывает изменение условий испытаний.

2. Увеличение конденсации влаги для изделий, имеющих шеро­ховатую поверхность большой теплоемкости. В последнем случае конденсация может возникнуть при температуре ниже точки росы. Слишком обильная конденсация влаги приводит к увлажнению по­верхности изделия и снижению скорости коррозии. Таким образом, увеличение скорости коррозии за счет возрастания степени конден­сации имеет место при определенных оптимальных условиях.

3. Изменение температуры относительно оптимального зна­чения 25±2 °С. При температуре выше +30 °С изменяется природа механизма коррозии, а при более низкой температуре значительно увеличивается время коррозии. Установлено, что повышение темпе­ратуры на 10 °С ускоряет химические реакции. Однако многие фак­торы, влияющие на скорость коррозии, изменяются с изменением температуры. Так, с повышением температуры уменьшается раство­римость газов в воде и при определенных условиях конденсации это может замедлить скорость коррозии, а может и ускорить ее вслед­ствие ухудшения условий для образования защитного слоя окислов. Возможно возникновение точечной или внезапно увеличивающейся неравномерной коррозии, изменение порядка «благородства» метал­ла, т. е. менее благородный обеспечивает защиту более благородного (например, менее благородный цинк обеспечивает защиту железа при комнатной температуре).

4. Увеличение концентрации коррозионно-активных агентов, приводящее к сокращению времени испытаний (при неизменной тол­щине пленки или неизменном времени испытаний) и к росту толщи­ны пленки.

5. Выбор для испытаний коррозионно-активных агентов. Обыч­но их выбирают из числа наиболее часто встречающихся в атмосфере (например, хлористый натрий в морской атмосфере и двуокись серы в городской и промышленной атмосферах).

6. Увеличение концентрации коррозионно-активных агентов, которое может полностью изменить природу коррозии, вызывая то­чечную или неравномерную коррозию. Возможен случай, когда боль­шая концентрация может привести к снижению активности коррози­онного процесса, так как растворимость других коррозионно-активных веществ может уменьшиться (например, увеличение концентрации хлористого натрия при высоких температурах снижает растворимость кислорода).

7. Изменение продолжительности чередования естественных или искусственных условий воздействий. Возможен случай, когда про­цесс коррозии изделия из железа может быть ускорен путем чередо­вания воздействия промышленной атмосферы и конденсации влаги. При испытаниях на воздействие соляного тумана можно вместо дли­тельной выдержки изделия в тумане осуществить режим, в котором короткий период времени воздействия соляного тумана чередуется с длительной выдержкой в условиях влажности без наличия хлорида при относительной влажности ниже значения, соответствующего на­сыщению.

Существенное влияние на процесс коррозии оказывает состоя­ние поверхности изделий. Для характеристики состояния поверхнос­ти используют такие понятия, как шероховатость, чистота, пассив­ность, адсорбирующие слои. Кроме того, на коррозию влияют условия, в которых изделие находилось до начала испытаний. Так, если изделие из железа с чисто обработанной поверхностью, хранив­шееся в чистой атмосфере с низкой относительной влажностью без агрессивных газов и твердых частиц, подвергается испытаниям на воз­действие повышенной влажности, то оно корродирует значительно медленнее, чем аналогичное изделие, испытываемое сразу после очи­стки. Другим примером может служить более быстрое возникнове­ние коррозии при испытании на воздействие повышенной влажности изделия из никеля, хранившегося до испытания в атмосфере с низ­кой относительной влажностью, но содержащей двуокись серы S02.

В случае, когда на изделие воздействуют поочередно две группы коррозионно-активных агентов в различных условиях, существенным является то, какая из них будет действовать первой. Например, ни­кель, подвергающийся сначала воздействию атмосферы, содержа­щей сероводород, а затем атмосферы, содержащей двуокись серы, корродирует медленнее, чем при воздействии указанных сред в об­ратном порядке.

При необходимости ускорения процесса испытаний электричес­ких контактов из металлов платиновой группы на воздействие атмос­феры, содержащей органические испарения, следует изменять отно­шение длительностей периодов замыкания и размыкания, так как за счет этого можно ускорить образование угольного слоя на поверхнос­ти контакта.

Установление общей продолжительности испытаний в основном определяется выбранным фактором их ускорения. При выборе уста­новки для проведения испытаний необходимо, чтобы она обеспечи­вала получение заданного режима испытаний и чтобы общий объем изделий, ограниченный условными оболочками, не превышал 40% полезного объема камеры.

Методы испытаний на воздействие среды с коррозионно-актив­ными агентами включают в себя проведение следующих основных работ: подготовку испытательного оборудования, средств измерения режимов испытания и испытуемых изделий; проведение первоначаль­ных измерений; размещение изделий в камере; выдержку, в процессе которой собственно проводятся испытания; заключительные измере­ния. Подготовка испытательного оборудования и средств измерения режимов испытания может предусматривать осуществление перед про­ведением испытаний предварительной отработки (прогона) испыта­тельного режима камеры без размещенных в ней испытуемых изде­лий. При этом корректируют значения параметров испытательных режимов: концентрацию, температуру, относительную влажность среды и скорость потока (при испытаниях на воздействие коррозион­но-активных газов).

Установленный испытательный режим поддерживают не менее 24 ч, периодически (но не реже трех раз в сутки) контролируя значе­ния его параметров. При положительных результатах камеру отклю­чают и устанавливают испытуемые изделия. Перед помещением из­делий в камеру их выдерживают в нормальных условиях в течение времени, необходимого для достижения стационарного температур­ного режима. Затем проводят визуальный осмотр и, если это предус­мотрено нормативной документацией, измеряют первоначальные значения параметров изделий, критичных к воздействию коррозии. После этого изделия устанавливают в камеру в положение, соответ­ствующее эксплуатационному. При установке изделий в камеру не­обходимо предусмотреть, чтобы они не соприкасались друг с другом йди с другими металлическими деталями, а также чтобы к ним обес­печивался свободный доступ коррозионно-активной среды. Мини­мальное расстояние от стен камеры и между одновременно испытуе­мыми несколькими изделиями должно быть не менее 0,1 м. Изделия Располагают так, чтобы они не экранировали друг друга от воздей­ствия коррозионно-активной среды. В зависимости от степени за­щиты изделий по ГОСТ 14254—80 определяют требуемую степень раз­герметизации изделий в агрессивных средах.

Испытание на воздействие соляного тумана проводят для опреде­ления коррозионной стойкости изделий и их пригодности к эксплуа­тации во влажной атмосфере в присутствии солей. Испытания могут проводиться одним из следующих методов: выдержкой изделий в со­ляном тумане с периодическим распылением соляного раствора или при непрерывном распылении с последующей выдержкой в чистой влажной атмосфере при повышенной температуре. Изделия устанав­ливают в камеру так, чтобы их основная поверхность располагалась поперек потока солевого тумана. Продукты коррозии или распыляе­мого раствора не должны попадать с одного испытуемого изделия на другое. Испытуемая поверхность изделия должна быть наклонена на 15—30° по отношению к вертикали.

При испытании выдержкой изделий в соляном тумане с перио­дическим распылением соляного раствора в камере устанавливают температуру 27±2 °С и подвергают изделие воздействию соляного ту­мана, получаемого распылением соляного раствора. Раствор приго­товляется путем растворения в дистиллированной или деминерализо­ванной воде 33±3 г л-1 хлористого натрия (NaCI), содержащего в сухом виде не более 0,1% йодистого натрия и не более 0,3% всех при­месей. Значение pH соляного раствора должно быть в пределах 6,5—

7,2. Оно измеряется каждый раз при приготовлении нового раство­ра. При этом объем раствора, собираемый коллектором за время не менее 24 ч, должен составлять в среднем 0,1—0,3 мл • ч-1. Продолжи­тельность испытаний 2, 7 и 10 суток.

Испытание изделий при непрерывном распылении с последующей вы­держкой в чистой влажной атмосфере может проводиться с примене­нием одной камеры, если ее конструкция позволяет осуществить за­данный режим испытаний, или с применением двух камер (соляного тумана и влаги). Испытание проводится циклами. Один цикл вклю­чает помещение изделия в камеру соляного тумана, установление в ней температуры 15—35 °С и воздействие соляного тумана с водород­ным показателем pH = 6,5—7,2 и водностью, при которой коллектор собирает 0,75—1,5 мл раствора в один час. Через два часа в камере изменяют режим или изделие переносят в камеру влаги. В обоих случаях изделие выдерживают еще 22 ч при температуре 40±2 °С и относительной влажности 95±3%. Время переноса не более 5 мин. В процессе испытаний изделие подвергают воздействию в течение 1, 3 или 6 подобных циклов.

Контроль значений параметров соляного тумана должен осуще­ствляться в пределах полезного объема в процессе испытаний или перед ними во вр>емя 16 или 24-часового прогона камеры. После окон­чания испытаний в зависимости от конструкции изделия и требова­ний, предъявляемых к нему нормативной документацией, изделие промывают дистиллированной или деминерализованной водой при температуре, не превышающей +35 °С, и сушат. Изделия выдержи­вают в нормальных условиях восстановления в течение 1—2 ч, после чего осуществляют визуальный контроль и, если это необходимо, измерение электрических параметров и проверку механических свойств.