Розробка прогресивних заходів захисту сільськогосподарської техніки від корозії та зносу

Размещено на http://www.allbest.ru/

83

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

Магістерська робота

РОЗРОБКА ПРОГРЕСИВНИХ ЗАХОДІВ ЗАХИСТУ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ТЕХНІКИ ВІД КОРОЗІЇ ТА ЗНОСУ

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. СТАН ПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

1.1. Аналіз зберігання та протикорозійного захисту сільськогосподарської техніки

1.2 Особливості корозії і зносу техніки в сільському господарстві

1.3 Огляд засобів захисту від атмосферної корозії

1.3.1 Маслорозчинні інгібітори корозії

1.3.2 Водорозчинні інгібітори

1.4. Нанотехнологічні добавки в мастильні матеріали

1.5 Висновки і завдання досліджень

РОЗДІЛ 2. ТЕОРІЯ І ПРАКТИКА СТВОРЕННЯ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ І ЗНОСУ

2.1 Процеси на межі розділу фаз

2.2 Ювенільна поверхня металу

2.3 Молекули ланцюгової будови та їх властивості

2.3.1 Структура і властивості метиленових ланцюгів

2.3.2 Метиленовий ланцюг як пружна система

2.3.3 Фізико-хімічні властивості фторвуглецевих ланцюгів

2.4 Висновки

РОЗДІЛ 3. ПРОГРАМА ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ

3.1 Програма дослідження процесів корозії

3.2 Методика дослідження захисних властивостей контактних інгібіторів корозії

3.2.1 Методика електрохімічних досліджень

3.2.2 Гравіметричний метод

3.3 Висновки

РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ АНАЛІЗ

4.1. Антикорозійні властивості і біостійкість боратів етаноламінів

4.1.1 Корозійні дослідження

4.1.2 Електрохімічні дослідження

4.1.3 Дослідження біостійкості

4.2 Антикорозійні властивості боратів єтаноламідів карбонових кислот

4.3 Електрохімічні дослідження боратів єтаноламідів карбонових кислот

4.4 Висновки

РОЗДІЛ 5. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ РОЗРОБЛЕНИХ ЗАХИСНИХ ЗАСОБІВ І ТЕХНОЛОГІЙ

ЗАГАЛЬНІ Висновки

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

БДЕА - борат диетаноламіна;

БМЕА - борат моноетаноламіна;

БТЕА - борат тріетаноламіна;

БЕКК - борат етаноламіна карбонових кислот;

БЕККБ - суміш бората етаноламіна карбонових кислот з бензотриазолом;

ВІК - водорозчинні інгібітори корозії;

ВМ - відкритий майданчик;

ВМІК - водомаслорозчинні інгібітори корозії;

ПММ - паливо-мастильні матеріали;

ДЕА - диетаноламін;

ЗМ - закритий майданчик;

ІК - інгібітори корозії;

КМ - консерваційні матеріали;

КМІК - комбіновані маслорозчині інгібітори корозії;

КСМ - консистенті мастила;

КЧ - кліматичні чиники;

ЛФП - лакофарбові покриття;

МІК - маслорозчинні інгібітори корозії;

ММ - математична модель;

МТП - машинно-тракторний парк;

МЕА - металоамін;

НС - неопалювальні сховища;

ОС - опалювальні сховища;

ПАР - поверхнево-активні речовини;

ПФКК - перфторіровані карбонові кислоти;

РМ - різьбове мастило;

СЖК - синтетичні жирні кислоти;

СГТ - сільськогосподарська техніка;

ТО - технічне обслуговування;

ТЕА - триетаноламін

ВСТУП

Актуальність роботи. В останій час суттєво знизився рівень енергоозброєності аграрного виробництва - парк машин зменшився вдвічі порівняно з 1990 р. Забезпеченість тракторами і збиральними машинами становить 45...58 % від технологічної потреби. При технологічно необхідній енергозабезпеченості в 220...260 кВт на 100 га посівної площі є всього 107 кВт.

Відомо, що 70...80 % деталей машин виходять з ладу внаслідок спільного впливу атмосферної корозії і механічних навантажень. З них 20...25 % припадає на частку поломок з причин втрати міцності через атмосферну корозію.

Захист сільськогосподарської техніки (СГТ) від корозії шляхом консервації при всіх видах зберігання (міжзмінного, короткочасного, тривалого) є необхідною умовою збереження її ресурсу і працездатності.

Незадовільний стан протикорозійного захисту техніки пояснюється багатьма причинами. Це і слабка матеріально-технічна база, і відсутність універсальних засобів для механізації технологічних процесів консервації, а також відсутність ефективних поліфункціональних захисних матеріалів.

Дефіцит вітчизняних захисних матеріалів залишається - важливою проблемою на сьогоднішній день. Це пов'язано, в першу чергу, з відсутністю науково обгрунтованої концепції їх створення, а також з відсутністю сировинної бази через ліквідацію хімічних підприємств.

Наукові дослідження та аналіз публікацій показують, що одним з основних напрямків створення поліфункціональних захисних матеріалів є використання нанотехнологій.

Дана обставина привела до того, що за допомогою молекулярного конструювання створені нові наноматеріали, що представляють собою органічні сполуки, здатні змінювати властивості поверхні на межі розділу фаз. Використання їх як інгібіторів корозії і цільових добавок в моторні палива, масла і консистентні мастила дозволяє надати твердих поверхнях антикорозійні, гідрофобні, протизносні, протизадирні і інші властивості.

Мета роботи: на підставі теоретичних досліджень розробити концепції створення та технологію органічного-синтезу базового хімічної сполуки для засобів захисту від корозії і зносу, розробити нові захисні засоби і технології їх застосування для підвищення надійності сільськогосподарської техніки.

Завдання досліджень:

Обгрунтувати концепцію створення нових хімічних сполук для отримання поліфункціональних засобів захисту СГТ від корозійно-механічного руйнування з використанням нанотехнологій.

Провести аналіз фізико-хімічних процесів на межах розділу фаз: електрохімічної та хімічної корозії, зносу, тертя, адгезії і т.д.

Встановити закономірність впливу поверхневої молекулярної плівки на фізико-хімічні процеси на межі розділу фаз.

Провести аналіз і вибрати органічні сполуки з ланцюговою молекулярною структурою для синтезу нових хімічних сполук.

Розробити технологію органічного синтезу нових хімічних сполук і отримати їх структурні формули. Дослідити властивості отриманих хімічних сполук та визначити перспективи їх застосування як основи при розробці поліфункціональних засобів захисту від корозії та зносу.

Розробити захисні засоби від корозії та зносу на основі отриманих хімічних сполук, а також технології їх застосування з використанням нанотехнологій.

Дати техніко - економічну оцінку запропонованих рекомендацій.

Об'єкт дослідження: процеси корозійно-механічного руйнування деталей, спряжень, складальних одиниць і систем під впливом зовнішніх факторів і вплив їх на надійність сільськогосподарської техніки та обладнання.

Предмет дослідження: механізми захисної дії розроблених засобів, встановлення їх оптимальних складів та технологій застосування.

Наукова новизна:

Розроблено концепцію створення ефективних засобів захисту від корозії та зносу з використанням нанотехнологій з відновлюваної вітчизняної сировини (рослинних масел і відходів їх виробництва).

Теоретично обгрунтовані і експериментально встановлено оптимальні концентрації отриманих речовин в композиціях.

Апробація роботи. Результати досліджень по магістерській роботі опубліковані в 1 науковій праці.

Структура та обсяг роботи. Магістерська робота складається із вступу 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який налічує 83 найменувань. Роботу викладено на 123 сторінках основного тексту, на яких розміщено 43 рисунки та 21 таблицю.

захист корозія руйнування сільськогосподарська машина

РОЗДІЛ 1. СТАН ПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

1.1 Аналіз зберігання та протикорозійного захисту сільськогосподарської техніки

Зберігання СГТ є одним з етапів експлуатації, при якому невикористовувані за призначенням машини та обладнання містяться в заданому стані в спеціально відведених для їх розміщення місцях, де забезпечується їх збереженість і збереження протягом встановлених строків .

Зберігання СГТ включає:

- постановку техніки - на зберігання (комплекс організаційно-технічних заходів щодо забезпечення її збереженості);

- утримання техніки на зберіганні ( комплекс організаційно-технічних заходів з підтримання її в заданому стані, що забезпечує збереженість і зберігання протягом встановлених строків зберігання);

- зняття машин із зберігання (комплекс робіт, визначених експлуатаційною документацією, щодо приведення їх до використання за призначенням).

Структурна схема організації зберігання СГТ наведена на рис. 1.1 .

Обсяг робіт з ТО залежить від ступеня впливу на техніку навколишнього середовища та умов зберігання. Умови зберігання характеризуються місцем зберігання і кліматичними чинниками (КЧ).

При зберіганні СГТ повинна міститися в спеціально обладнаних місцях: опалюваних (ОП) або неопалюваних (НП) сховищах , під навісом або на відкритих майданчиках (ВМ). Захист від впливу КЧ забезпечується шляхом консервації та герметизації.

Консервація машин та їх складових частин - це захист поверхонь деталей і матеріалів від корозії, старіння і біологічних пошкоджень шляхом застосування засобів тимчасового захисту: робочо-консерваційних та консерваційних, паливно-мастильних (ПММ) та інших матеріалів, інгібіторів корозії (ІК), а також шляхом відновлення засобів постійного захисту: хімічних і лакофарбових покриттів (ЛФП), нанесених на поверхні деталей при їх виготовленні.

Рис. 1.1. Структурна схема організації зберігання СГТ

Герметизація машин - це ізоляція машин (агрегатів, складальних одиниць, деталей ) від впливу зовнішнього середовища.

На швидкість атмосферної корозії СГТ впливає цілий ряд факторів. Їх поділяють на внутрішні і зовнішні [4...7]. Внутрішні фактори корозії пов'язані з природою і структурою металу, конструктивними особливостями деталей ( складальних одиниць, агрегатів) і т.д. Зовнішні фактори визначають умови протікання корозії під впливом навколишнього повітряного середовища, такий процес прийнято називати атмосферної корозією [4...7].

Умови протікання корозійного процесу визначаються КЧ, що знаходяться в прямій залежності від кліматичних зон. Кліматичні зони території України, представлені в рис. 1.2. На стан техніки великий вплив мають методи зберігання. Різні методи зберігання СГТ представлені в табл. 1.1. Залежно від методу зберігання техніка може перебувати в наступних мікроумовах [8]:

1. ВМ, навіс. Для цих умов характерні: постійний обмін повітря, відсутність зон з тривалим застоєм повітря, високі добові перепади температур з конденсацією вологи, сонячна радіація, вплив на техніку опадів у вигляді дощу, снігу, туману.

2. НС , укриття . Для цих умов характерні: періодичний обмін повітря (періодичне провітрювання), наявність зон із застоєм повітря, високі добові перепади температур з конденсацією вологи, тривале контактування з одним і тим же повітрям.

3. ОС. Умови в таких приміщеннях: температура повітря - 5...20 °С, допустима відносна вологість - 85 %, допустимий добовий перепад температур - не більше 12 °С, відсутність конденсації вологи.

Рис. 1.2. Кліматичні зони України

Таблиця 1.1 Методи зберігання СГТ

Кліматична зона	Місце зберігання техніки	Позначення умов зберігання
1	НС	С1 (середні)
	ВМ, навіс	Ж1 (жосткі)
2	НС	С2
	ВМ, навіс	Ж2
3	НС	С3
	ВМ, навіс	Ж3
4	НС	С4
	ВМ, навіс	НЖ4 (надзвичайно жосткі)
Все кліматичні зони	ОС	Л (легкі)

Швидкість атмосферної корозії СГТ пов'язана з кліматичними і температурно-вологісними параметрами регіонів, зі ступенем забруднення атмосфери пилоподібними частинками органічного та неорганічного походження, корозійно-активними газами [4, 9...23].

КЧ, що впливають на СГТ, представлені на рис. 1.3.

Вибором методу зберігання техніки можна впливати на ступінь впливу КЧ, оцінкою якої є швидкість корозії. Протикорозійний захист має велике значення для забезпечення працездатного стану СГТ і зниження витрат на ремонт і технічне обслуговування.

Зазначене багато в чому визначило першість вітчизняних вчених у вирішенні численних проблем, пов'язаних із створенням необхідного рівня протикорозійного захисту сільськогосподарських машина в процесі їх експлуатації. Не випадково для осмислення процесів протикорозійного захисту сільськогосподарської техніки все більшого значення набувають дослідження вчених-корозіоністів. Найбільш затребуваними є основоположні праці, виконані Колотиркіном Я.М., Розенфельдом І.Л., Шехтером Ю.Н, Флоріоновічем Г.М., Болдиревим А.В., Алцибеєвой A.І., Фокіним А.В., Тімоніним В.А., Ахматовим А.С, Крагельським І.В., Гаркуновим Д.Н., Єрохіним M.Н., Стрельцовим В.В. та ін. Система протикорозійного захисту сільськогосподарської техніки у вітчизняному аграрному виробництві сформувалася завдяки роботам Меламеда М.Н., Північного А.Е., Севернева М.М., Пасєчнікова Н.М., Поцкалева А.Ф., Спектра А.Г., Безодня Е.А., Синявського І.А., Курочкіна B.Н, Яковлєва Б.П., Латишенко М.Б., Мітягіна В.А., Рязанова В.Є., Простоквашина В.Г., Щукіна А.Р., Прохоренкова В.Д., Петрашева А.І. та ін.

У наукових працях, опублікованих цими вченими, сформульовані загальні принципи системи забезпечення збереженості сільськогосподарського машинно-тракторного парку ( МТП) в неробочий період, розроблені технологічні та технічні методи виконання робіт із забезпечення протикорозійного захисту сільськогосподарської техніки. Велику позитивну роль зіграли розроблені ГОСНИТИ, ВИИТіН, ВИМ та іншими інститутами . основоположні нормативні документи: ГОСТ 7751-85 «Техника, используемая в сельском хозяйстве: Правила хранения», «Положение о машинном дворе», «Руководство по консервации и противокоррозионной защите машинно-тракторного парка».

На жаль, повною мірою реалізувати на практиці всю сукупність наукових розробок, спрямованих на становлення і розвиток протикорозійного служби в сільськогосподарських підприємствах, через що почалася кардинальної реформи не вдалося.

Наслідки економічної кризи для сільськогосподарських товаровиробників виявилися катастрофічними. Оновлення МТП йде низькими темпами. Характерною прикметою нашого часу стало використання техніки, фактичний термін служби якої перевищив нормативний в рази.

У зв'язку з вище наведеним, багаторазово зростає значення заходів, спрямованих на збереження ресурсу діючих машин; в тому числі і робіт із забезпечення збереженості та протикорозійного захисту МТП [24 ... 28].



Рис. 1.3. КЧ, які впливають на СГТ

Для використання в сільському господарстві рекомендована широка номенклатура захисних матеріалів, що випускаються вітчизняними виробниками. Однак на практиці існує великий дефіцит таких матеріалів з ряду причин:

- відсутня наукова концепція розробки захисних матеріалів, в результаті чого вони мають низьку ефективність, обмеження в застосуванні і відсутністю поліфункціональних властивостей ;

- значно знизилася сировинна база для виробництва інгібіторів корозії через зупинки великого числа хімічних підприємств;

- припинено випуск протикорозійних матеріалів великими нафтопереробними підприємствами, так як по рентабельності їх виробництво не може конкурувати з прибутком від виробництва палив і робочих масел.

Існують проблеми з придбанням технічних засобів, для нанесення консерваційних матеріалів будь-якої в'язкості і при знижених температурах навколишнього середовища.

Перед фермерами проблема зберігання машин стоїть ще гостріше, ніж у великих господарствах. Комбайни і сільгоспмашини вони використовують не - більше 3...10 днів, а трактори - 40...50 днів у році. У фермерських господарствах повністю відсутні профільовані майданчики з твердим покриттям, і криті стоянки для зберігання техніки. У багатьох господарствах немає фахівців, здатних займатися підготовкою машин до зберігання, обслуговуванням техніки під час зберігання і зняття її зі зберігання. Все це призводить до невиправданих витрат грошових коштів на відновлення працездатного стану машин, скорочує термін служби СГТ [ 29].

1.2 Особливості корозії і зносу техніки в сільському господарстві

Аналіз умов роботи зернозбиральних комбайнів, тракторів та іншої техніки дозволив виявити основні фактори, що викликають руйнування деталей, складальних одиниць і спряжень [ 30]:

- агресивність і абразивність зовнішнього середовища, що зумовлюють наявність частинок ґрунту і добрив на поверхнях СГТ;

- вплив навколишньої температури і атмосферних опадів, що сприяє утворенню плівки вологи;

- динамічні навантаження;

- початковий стан поверхонь: шорсткість, твердість і т. д.

Постійний вплив комбінацій зазначених факторів викликає різноманітні руйнування. Найбільш типовими видами таких руйнувань є: атмосферна корозія, корозійно-механічний знос, корозійна втома, корозійне розтріскування, фреттинг-корозія . Вивчення стану різних машин після 1 ... 3 років експлуатації дозволяє зробити висновок: корозійного впливу навколишнього середовища в тій чи іншій мірі схильні більше 70...80 % деталей і складальних одиниць цих машин. Отже, корозійні руйнування - об'єктивний і закономірний результат впливу навколишньої атмосфери і термодинамічної нестійкості металевих матеріалів, з яких виготовлені деталі машин [ 31].

Корозійні руйнування, викликаючи втрату маси, змінюючи шорсткість поверхонь деталей, інтенсифікують знос сполучень, знижують міцність від утоми , викликаючи появу численних тріщин і розривів металу, особливо в тонколистових металоконструкціях і зварних з'єднаннях. Внаслідок цього знижуються працездатність і ресурс машин та їх елементів, зростають витрати на ремонт та усунення наслідків відмов.

Аналіз критеріїв граничного стану систем, агрегатів і складальних одиниць зернозбирального комбайна СК-5 показав, що такі ресурсні відмови, як граничні деформації корпусів жатки, похилої камери і молотарки, зноси, тріщини, злами сполучень і складальних одиниць основних систем і агрегатів, викликані спільним впливом механічних і кліматичних навантажень навколишнього середовища і супроводжуються корозією металу.

За даними для комбайнів СК -5 і тракторів К -701, що надійшли в перший капітальний ремонт після 2...3 років експлуатації, корозійних руйнувань піддаються деталі і складальні одиниці комбайна 224 найменувань та деталі трактора 150 найменувань. Площа корозійних поразок кожної деталі або складальної одиниці становила від 15 до 90 % поверхні.

Виявлено залежності глибини корозійного поразки і втрати маси металу від тривалості зволоження поверхонь [ 31]. Для вуглецевих сталей марок ст.З і 08кп ці залежності стосовно до умов зони 1 апроксимуються показовими функціями.

1.3 Огляд засобів захисту від атмосферної корозії

Захист СГТ від атмосферної корозії при зберіганні являє собою систему забезпечення збереженості (рис. 1.4) складальних одиниць, агрегатів і деталей машин у період зберігання; сприяє її високій готовності до використання за призначенням. Основне місце в структурі системи забезпечення збереженості техніки займають консерваційні матеріали, такі як консерваційні і робочо-консерваційні нафтопродукти та спеціальні плівкові покриття, що містять маслорозчинні інгібітори корозії (МІК). Авторами [48...54] запропоновано класифікацію контактних ІК як поверхнево-активних речовин (ПАР) з розподілом їх на водорозчинні (ВІК ), водомаслорозчинні (ВМІК) і маслорозчинні (МІК). Інгібітори всіх типів є ПАР, які за олеофільно-гідрофільному або гідрофільно-ліпофільного балансу і критичній концентрації міцелоутворення в полярному (водневому) або малополярному (вуглеводневому) середовищі ділять на п'ять груп [50...54]. По механізму дії ВМІК і МІК у вуглеводневих середовищах, згідно [48...54], діляться на ІК хемосорбційного типу - донори або акцептори електронів, на ІК

Рис. 1.4. Структура системи забезпечення захисту СГТ від корозії і старіння

В останні роки набули поширення так звані комбіновані маслорозчині інгібітори корозії (КМІК) [53].

По відношенню до нафтопродуктів розрізняють захисні (консерваційні) властивості ІК - здатність захищати метали від корозії в тонкій плівці в системі «метал-нафтопродукт-електроліт», де переважає електрохімічна корозія, і протикорозійні властивості (корозійну агресивність) в системі «метал-нафтопродукт». Як правило, при підвищеній температурі (100...200 °С) в системі «метал-нафтопродукт » переважає хімічна корозія [53].

Із загальної кількості ІК, які виробляються і застосовуваються до 80 % складають МІК - захисні і протикорозійні присадки, які використовуваються, головним чином, для інгібування нафтопродуктів - бензинів, дизельних і реактивних палив, масел, а також консистентних мастил - (КСМ), плівкоутворюючих інгібірованих сумішей (ПІС), захисних водовиштовхуючих сумішей (ЗВВС); мастильно-охолоджуючих технологічних засобів (МОТЗ), деяких видів грунтовок, лаків і фарб [53].

1.3.1 Маслорозчині інгібітори корозії

Механізм захисної дії МІК обумовлений впливом ряду факторів, серед яких основними є: будова і властивості органічної сполуки, характер її взаємодії з металевою поверхнею, склад і специфіка контакту корозійного середовища з захисним об'єктом [49, 50, 55].

Інгібітори донорного дії. До МІК донорного дії відносяться нітровані масла; сульфонатні інгібітори, які вироблялися раніше: Консулим-1, Консулит-73, Карбин -3, Сулін; інгібітори серії ВНХ; алкілбензосульфонати Na, Са, Ва, РЬ. Вони використовувалися як компоненти ПІНС й присадки до моторних і трансмісійних масел [40, 48, 50].

Інгібітор ВНХ-1 (ТУ 6-02-7-110-78) - пастоподібна речовина або в'язка рідина коричневого кольору зі слабким специфічним запахом. Температура кипіння - 290 °С, температура застигання - менше 8 °С, густина при 50 °С - 930...950 кг/м³. Добре розчиняється в етиловому спирті, бензолі, ацетоні, помірно - в бензині і мінеральних маслах. У базові масла вводять 1...3% ВНХ-1.

Інгібітор ВНХ-5 (ТУ 6-02-7-128-79) - в'язка рідина зі слабким специфічним запахом, нерозчинна у воді. Добре розчиняється в етиловому спирті, бензолі, діетиловому ефір , вуглеводневих розчинниках. У товарні масла вводять 1...2% ВНХ-5. Кумулятивні властивості виражені слабо.

Інгібітор ВНХ-101 (ТУ 6-02-7-152-82) - пастоподібна речовина коричневого кольору зі слабким специфічним запахом, нерозчинна у воді. Добре - розчиняється в етиловому спирті, вуглеводнях, в 100 г індустріального масла розчиняється 1 г інгібітору. Температура кипіння - 230 °С, температура застигання - 35 °С, густина при 50 °С - 890 кг/м. У товарні масла вводять 1% інгібітору [56...59].

Інгібітори серії ВНХ малотоксични і захищають від корозії вироби з чорних металів, міді, алюмінію і їхніх сплавів.

Інгібітори акцепторного дії. До МІК акцепторного дії відносяться такі інгібітори, як БМП ( алкіларилсульфоамід сечовини), СІМ (сукцінімід сечовини), Карбин-1, Карбин-2 (синтетичні сульфонати), основа Манніха (продукт конденсації алкілфенолу, формальдегіду, диетилентріаміну і олеїнової кислоти), МСДА-1, МСДА-2, МСДА-11, МСДА-16, МСДА-18, МСДА-20, М-1, М-2 та ін.

Інінгібітори серії МСДА (ТУ 6-02-834-78) загальної формули (С₆Н₁₁)₂NНС_nH_2n+1COOH, де n=10...20, являють собою суміші комплексних солей дициклогексиламіна і синтетично жирних кислот (СЖК). Це пастоподібні речовини від світло-коричневого до темно-коричневого кольору з густиною 910...930 кг/м, температурою плавлення 40...50 °С (МСДА- 1), 50...60 °С (МСДА-2) і температурою застигання 15...20 і 25...30 °С відповідно. Застосовуються у вигляді присадок до мінеральних масел, дизельним палив в кількості 1...3 % і для консервації металевих виробів із сталі, чавуну, алюмінію в інтервалі температур від -20 °С до +50 °С. Не захищають від корозії вироби з кольорових металів, але і не викликають їх корозію. Законсервовані вироби загортають у парафінований папір. Внутрішні порожнини механізмів герметизуються. Вибухонебезпечні, токсичні (ПDК_р.з.-1 мг/м). Погіршують якість поверхонь, забарвлених нітро- і пентафталевими емалями, лаками холодної сушки [55, 59].

Інгібітори М-1 і М-2 (ТУ 6-02-1132-78) загальної формули C_nH_2n+iCOOHC₆H₁₁NH₂ , де n=10...20, являють собою солі циклогексиламіну і СЖК. За агрегатним станом - пастоподібні речовини світло-коричневого кольору з густиною 910...930 кг/м³, температурою плавлення 40...50 °С (М-1), 70...80 °С (М-2) і температурою застигання 20 і 55 °С відповідно. М-1 відноситься до класу ВМИК, тому при консервації техніки на відкритому майданчику і в умовах підвищеної вологості він переходить у водну фазу, що виникає на кордоні «захисна поверхня-консервант». У базові масла додають 1...3% M-1 і М-2. Інгібітори малотоксичні, ПDK_р3 - 10 мг/м³. Так як МСДА інгібітори серії М не захищають кольорові метали, але і не викликають їх корозію [55, 57, 59].

В [60] пропонується МІК групи заліза, що представляє собою продукт приєднання поліаллооциміна і малеїнового ангідриду в реакції Дільса-Альдера (ступінь приєднання - 20...30 %) з добавкою діетилентріаміну.

Багаторазово вивчалися протикорозійні властивості аліфатичних амінів та їх похідних [6, 56, 61, 62].

В [63, 64] показана можливість використання в якості поліфункціональної присадки емульгін, що представляє собою суміш вищих первинних і вторинних амінів.

В [65, 66] вивчені поліфункціональні властивості таких МІК, як ТВК-1 - продукту ациліровання поліетиленполіаміну СЖК фракції C₂₁-C₂₅ в співвідношенні 1:1, і Гідразекс-89 [65] - продукту конденсації диметилгідразіна з хлорпохідними алкановими вуглеводнями.

В [67] показано можливість використання як МІК гексадециламіна C₁₆H₃₃NH₂ і ІФХАН-29 - продукту взаємодії талового пеку з вищими аліфатичними амінами при введенні спеціального каталізатора. В [68] вивчені протикорозійні властивості талових масел та їх похідних - імидозалінів.

В [60, 69, 70] показана висока ефективність амідів - вищих ненасичених і насичених карбонових кислот - лауринової, олеїнової, ерукової, стеаринової як ІК і загусників мінеральних масел. Захисний ефект композицій амідів в індустріальному маслі стосовно сталі в 3 %-ному розчині NaGl становить 85...99 %. Зростання вуглеводневого радикала амідів і збільшення концентрації підсилюють загущаючий і захисний ефекти цих ПАР [71]. Крім того, аміди карбонових кислот за токсикологічними характеристиками відносяться до 4 класу небезпеки.

В [72] встановлено, що амінопохідні симм-тріазина, містять вищі алкільні радикали, первинні аміногрупи і фрагменти n-амінофенолу або 2-амінотіазола, володіють високими захисними властивостями і можуть застосовуватися в якості ефективних інгібіторів до індустріальних і моторних мастил.

Інгібітори екрануючого дії. До МІК екрануючого дії відносяться: сіль СЖК фракції С₁₀-С₁₂ і сечовини (компонент ПС); окислений петролатум (ІК до мастил, смазкам і ПИНС); ланолін (компонент ПИНС); випускалися раніше за ГОСТ 10584-63 інгібітори МНІ-3 (слабоокислий петролатум), МНІ-5 (отримують екстрагуванням кисневмісних продуктів легким маслом з МНІ-3) і МНІ-7 - окислений церезин (ІК в консистентних мастилах ПВК, ГОИ-54П); складні ефіри диетиленгліколю і б-розгалужених СЖК С₅-С₉; кислі ефіри двоосновних кислот; поліефіри та ін [48...50].

Комбіновані інгібітори. На підставі досліджень, проведених в роботах [48...50, 73, 74], сформульований принцип отримання комбінованих захисних присадок, консерваційних і робочо-консерваційних продуктів, що полягає в поєднанні маслорозчиних ПАР-ІК донорної, акцепторної і екрануючої дії (КМІК).

Синергетичний ефект посилення захисних властивостей при поєднанні анодного і екрануючого інгібіторів був використаний при створенні продуктів НГ-203, АКОР-1, НГ-204у, анодного і катодного - АКОР-1Б [49, 75, 76]. Поєднання анодного, катодного і екрануючого інгібіторів реалізовано в продуктах HF-108, НГ-207, НГ-210, ИНГА-2 та ін [50].

Антикорозійна присадка АКОР-1 (ГОСТ 15171-78) виготовляється на основі нітрованих базових масел марок М-8, М-11, АС-9,5 з додаванням 10 % стеаринової кислоти і наступною нейтралізацією гідроксидом кальцію. Присадка являє собою густу маслянисту рідину чорного кольору, прозору в тонкому шарі. Добре поєднується з моторними і трансмісійними маслами, дизельним паливом. Температура спалаху - не менше 200 °С, температура самозаймання - 360 °С. Гранично допустима концентрація (ПDК_р.3) у виробничих приміщеннях - 300 мг/м. Висока зольність (більше 3,5 %) істотно звужує область застосування АКОР-1, так як це негативно позначається на функціональних властивостях моторних масел.

Застосовується в основному для приготування робочо-консерваційних сумішей, 5...10 % додають до масел, 3,5 % - до дизельного палива. Для зовнішньої консервації техніки при зберіганні в приміщеннях і під навісом зміст АКОР-1 у свіжих і відпрацьованих маслах доводять до 20 %.

Застосування присадки як самостійного консерваційного мастила для зовнішньої консервації можливо лише в умовах, що виключають пряме попадання атмосферних опадів.

Технологія синтезу присадки АКОР-1 розроблена на основі досліджень Крейна і Шехтера. Процес отримання складається з наступних стадій: нітрація масла (М-8, М-11) 98 %-ною азотною кислотою, змішування напівпродукту з 60 %-ною стеариновою кислотою, нейтралізація суміші оксидом кальцію, сушка і центрифугування отриманої присадки [50, 57].

Захисна присадка АКОР-1Б для приготування робочо-консерваційного масла містить (мас.%): сульфонат кальцію (С-150) - 10...20, сукцинімід сечовини (СІМ) - 5...10, нітроване масло - до 100 [76].

Присадка KП являє собою суміш присадок ВНИИ-380, ПМС«Б», ДФ-11, ПМС-200А, СЖК фракції C₁₈-С₂₃. Вводиться в кількості 5...20 % в моторні та трансмісійні масла, захищає чорні та кольорові метали. Оптимальна концентрація - 20 %. У свою чергу ВНДИ-380 - оксипропілірованний алкілфенол Ва, присадки типу ДФ - диалкілдитіофосфати металів.

Інгібітори МОПЛ-1, НГ-107, НГ-110, НЕ- 107М, HF- 107T, НГ-11ОМ, HГ-110Н, НГ-110Т являють собою сповільнювачі, що дозволяють знизити концентрацію добавок в консервантах до 3...5 %. Вводяться в моторні та трансмісійні масла з метою отримання консерваційних сумішей. НГ-107М і НГ-110М, володіють більш високими захисними властивостями, ніж АКОР-1 і КП. Введення 5% НГ-110т не погіршує основні експлуатаційні властивості трансмісійних масел і помітно покращує їх захисні властивості. Інгібітор НГ-110Н використовується як компонент в різних маслах (моторних - М-8В₁, М-8Г₁, М-6В₁, М-8А, M-10Г₂, М-4₃/6В₁, М-16Г₂, М-10В₂, трансмісійних - Тап-15В, ТСп-15Р, ТАД-17 і т.д.). Додавання інгібітора дозволяє отримувати на базі різних мінеральних масел консерваційні масла, істотно більш ефективні, ніж консерванти, що містять присадки АКОР-1 і КП.

Інгібітор МОЛП-1 розроблений на основі присадки АКОР-1. Призначений переважно для інгібування бітумних композицій, мастил та ПІНС. Значно перевершує АКОР-1 за рівнем функціональних властивостей.

В [77] запатентований спосіб отримання комбінованого ІК «Мифол», що представляє собою продукт конденсації при температурі 180...200 °С кубових залишків виробництва фенолу і ацетон , СЖК і пентаерітрита у співвідношенні 1:(3...4):3 відповідно. Отриманий продукт розбавляють мінеральним маслом, додають середньолужний сульфонат кальцію при масовому співвідношенні 1:(0,8...1,2 ) і нагрівають при температурі 170...190 °С протягом 3...5 год. Даний інгібітор рекомендують використовувати в якості консерваційних і робочо-консерваційних масел. Недоліком способу є токсичність кубових залишків від виробництва фенолу і ацетону. Крім того, мінливість складу кубових залишків не дозволяє отримати ІК зі стандартною якістю.

Співробітниками ВНИИНП, ВНІІГАЗ, фірм «РЕМО» та «ІНТЕРКОРПЕ0ТЕКТ» розроблений широкий асортимент комбінованих ІК, КМ і ПІНС [78, 79].

1.3.2 Водорозчинні інгібітори

ВІК застосовують при інгібуванні корозії металів у воді і нейтральних водних середовищах. Дане питання досить докладно розглянуто в ряді статей і оглядів, у тому числі [58, 61, 80].

Неорганічні водорозчинні інгібітори. Типовим інгібітором-окислювачем є нітрит натрію. Він сильно зсуває потенціал сталі в позитивну сторону, переводячи її в пасивний стан. У присутності нітриту натрію значно зростає анодна поляризація електрода. Пасивуючі властивості нітрит-онів більшість авторів пов'язують з утворенням на поверхні стали оксидної плівки Fe₂0₃, яка ускладнює процес анодного розчинення [80].

В умовах міжопераційного зберігання деталей, а також при їх зберіганні на складах рекомендується сталь обробляти або постійно зберігати в 5...10 %-ному розчині нітриту натрію. Час обробки - від 20 с до 5 хв. Обробка сталевих деталей 10 %-ним розчином охороняє їх від корозії приблизно протягом 1 міс. Захист сталевих виробів від атмосферної корозії при тривалому зберіганні досягається пасивуванням їх в 20...25 %-ному розчині нітриту натрію з подальшою сушкою повітрям з температурою 100...110 °С [80].

Хромати та дихромати натрію і калію використовують як інгібітори корозії заліза, оцинкованої сталі, міді, латуні та алюмінію в промислових водних системах. Оптимальна концентрація становить 0,5...5,0 г/л. Утворюча на залізі оксидна плівка складається з 25 % Сг₂О₃ і 75% Fe₂0₃.

Пасиватори є хорошими, але небезпечними інгібіторами. При невірно вибраній концентрації в присутності йонів Cl або при невідповідній кислотності середовища вони можуть прискорити корозію металу, зокрема викликати дуже небезпечну точкову корозію.

Екранувальні катодні інгібітори - це сполуки, які утворюють на мікрокатодах нерозчинні сполуки, що відкладаються у вигляді ізолюючого, захисного шару. Інгібуюча дія цих речовин зумовлена присутністю в них катіонів Са²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Bi³⁺ і ін Для заліза у водному середовищі такими сполуками можуть бути сульфат і хлорид цинку, а частіше - бікарбонат кальцію.

Бікарбонат кальцію Са(HC0₃)₂ - найдешевший катодний екрануючий інгібітор, який застосовувається для захисту сталі в системах водопостачання. У підлужному середовищі він утворює нерозчинні сполуки СаСО₃, які осідають на поверхні і ізолюють її від електроліту [81].

Силікати відносяться до інгібіторів змішаної дії, зменшуючи швидкість як катодного, так і анодної реакцій. Оптимальна концентрація - 0,4 %. Загальна формула силікатів - хSiO₂·Me₂O. Дія силікатів полягає в нейтралізації розчиненого у воді вуглекислого газу і в утворенні захисної плівки на поверхні металу.

Органічні водорозчинні інгібітори. Органічні сполуки - це інгібітори змішаної дії, тобто вони впливають на швидкість як катодної, так і анодної реакцій. Органічні інгібітори адсорбуються тільки на поверхні металу, продукти корозії їх не адсорбують. Найчастіше вони мають у своєму складі атоми азоту, сірки і кисню.

Аміни застосовують як інгібітори корозії заліза у водних середовищах.

Меркаптани, а також органічні сульфіди і дисульфіди виявляють більш сильнішу інгібуючу дію в порівнянні з амінами. Основні представники: цього класу - тиосечовина, бензотриазол, аліфатичні меркаптани, дибензилсульфоксид.

Широке застосування в якості інгібіторів корозії знайшли органічні кислоти та їх солі. Наявність в органічних кислотах аміно- і гідроксильних груп покращує їх захисні властивості. Серед цієї групи особливо виділяють бензоат натрію (оптимальна концентраціям - 0,01...0,5 моль/л). Спирти, особливо багатоосновні - ефективні інгібітори корозії у водних системах охолодження - етиленгліколь, в морській і річковій воді - глюконат натрію [81]. Для нейтральних середовищ слід виділити групу інгібіторів для систем охолодження та водопостачання. Основне місце тут займають поліфосфати, полікарбоксильние амінокислоти, так звані комплексони - ЕДТА,НТА та ін. і їх фосфорвмісні аналоги - ОЕДФ, НТФ, ФБТК [81]. Комплексони захищають метали тільки в жорсткій воді, де вони утворюють з'єднанням з катіонами : Са²⁺ і - Mg²⁺.

У м'якій воді хороші результати отримані з солямш вищих карбоксилатів, на основі яких створені інгібітори ИФХАН-31 і -34. Вони добре захищають охолоджувальні системи, які виготовлені з різних конструкційних матеріалів (Fe, Сu, AI, Zn та їх сплави).

У системах охолодження і водопостачання побутового та промислового перевага віддається інгібіторів корозії , що запобігає утворенню солей і накипу. Фахівцями Інституту фізичної хімії розроблена суміш для захисту металів від корозії в нейтральних середовищах, що містить мас., ч.: неорганічні борати - 0,01...1,5, нітрит натрію - 0,01...1,5, арілкарбоксилат натрію - 0,01...1,0, бензотриазол - 0,02...0,1, 3-нітрофталат натрію - 0,01...0,3, олеат натрію - 0,15...1,0, фенилантранілат натрію - 0,01...1,0. Суміш захищає від корозії чорні і кольорові метали в системах охолодження і атмосфері [82]. ТОВ «Екостром» запатентувало водорозчинний інгібітор атмосферної корозії, що містить, мас. %: жирні кислоти талового масла - 30...35, циклогексиламін - 15...20, диетиленгліколь - 30...50 і воду - до 100. Використання інгібітора дає можливість підвищити ефективність захисту внутрішніх поверхонь нагріву енергетичного обладнання від корозії [4].

1.4 Нанотехнологічні добавки в мастильні матеріали

Одним з напрямків підвищення ефективності експлуатації сільськогосподарської техніки - є застосування наноматеріалів в якості компонентів мастильних композицій. Аналіз сучасних присадочних матеріалів; дозволив виділити новий клас - металовмістних на основі твердофазних кластерних добавок.

Основні: компоненти металовмісних присадок - нанорозмірні порошки різних металів їх сплавів і легованих сполук [72, 73].

В Інституті надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля розроблена експлуатаційна присадка до моторного масла Кластер-М представляє собою седиментаційно-стійку суспензію суміші нанорозмірних частинок дисульфіду молібдену (МоS₂) і сплава латуні з фосфором.

Порівняльні стендові випробування партії капітально відремонтованих двигунів з використанням присадки Кластер-М проводили на обкаточно-гальмівному стенді: КИ-5274 ГОСНИТИ. В якості об'єкта дослідження було обрано дизель А-01М.

B результаті порівняльних стендових випробувань встановлено, що дана присадка у складі базового масла М-10-Г₂ забезпечує зниження моменту механічних втрат в дизелях на 15...20 %, лінійного зносу шатунних шийок - в 1,49 рази, корінних - в 1,35 рази, зносу ресурсовизначаючих спряжень - в 2,8 рази в порівнянні з маслом М-10-Г₂. Ефективна потужність дизеля, на мастильній композиції з присадкою Кластер-М збільшилася на 3,2 %, питома витрата палива знизилася на 6,1 % [72, 74].

Вплив присадки Кластер-М на антифрикційні та протизносні властивості моторного масла пояснюють утворенням на тертьових поверхнях тонких граничних плівок в яких окремі компоненти присадки виконують різні функції. Присутність в плівках наночастинок MoS₂, що володіють пластинчастою структурою, призводить до вільного переміщення пластинок дисульфіду молібдену відносно один одного, в результаті чого зменшується коефіцієнт тертя, знижується знос і запобігається пошкодження поверхонь деталей.

У ресурсопідвищуючій технології, розробленої в АЧГАА, наноматеріали застосовують в антифрикційних присадках з метою скорочення зносу зубчастих коліс і підшипників в трансмісіях сільськогосподарських машин. Зубчасті передачі та підшипники кочення є важконавантаженими деталями і трибосопряженнями. Незважаючи, на те що в цих трибосопряженнях поломки відбуваються нечасто, вони відразу виводять з ладу комбайн, трактор чи іншу сільгоспмашину, а ремонт вимагає зняття з машини складальної одиниці і доставки її в майстерню.

Хоча в даний час є великий асортимент присадок до моторних і трансмісійних масел, які істотно уповільнюють знос деталей двигунів і зубів зубчастих коліс, механізми їх дії практично не вивчені і для фахівців сільгоспвиробництва недостатньо ясні.

Встановлено, що максимальну ефективність ремонтно-відновлювальні препарати, засновані на принципі інтелектуальної присадки, проявляють в так звані критичні періоди експлуатації об'єкта (пуск-зупинка, припрацювання, перевантаження, перегрів та ін.) При нормальній експлуатації компоненти присадки знаходяться у своєрідному «резерві» і практично не витрачаються [75, 76].

При додаванні в масло композиції нанодисперсних порошків AeVIT, утворена дисперсна система «масло-нанодисперсні порошки» набуває властивостей самоорганізації і можливості мимовільної впорядкованості масла у вигляді об'ємних структур субмолекулярних утворень, пов'язаних між собою. Ці властивості виявляються в процесі експлуатації машин і механізмів, причому «параметрами порядку» є: температура, тиск, концентрація і розмірність частинок і їх «організаційна» активність [72].

Суміш застосовують у всіх технічних пристроя , що реалізують механічні переміщення деталей і мають системи змащення ( табл. 1.2).

В останні роки в зарубіжній і вітчизняній практиці для безрозбірного збільшення ресурсу двигунів розроблені РВС-технології. Їх застосовують в Японії, Чехії, Китаї, Швеції та інших країнах.

Таблиця 1.2 Показники використання складу AeVIT для тракторної і автотехніки

Машина	Мартка	Рік випуску	Агрегат, де використовували склад	Отриманий ефект
Трактор	К-701	1991	КПП	Зниження рівня шуму, підвищення тискуна 0,8 атм, більш легке перемикання швидкостей
Трактор	К-701	1991	КПП	Теж
Трактор	МТЗ-82.1	2007	ДВЗ	Мяка робота ДВЗ, підвищення тиску на 0,5 атм.
Самоскид	КАМАЗ	2006	ДВЗ	Зниження рівня шума, підвищення рівня масла, покращення тягових якостей
Самоскид	КАМАЗ	2006	ДВЗ	Зниження витрати палива на 15...20%, покращення тягових характеристик, зменшення димності.
Ізотер. будки	ЗИЛ-47411	2005	ДВЗ	Теж
Молоковоз	ЗИЛ 43336	2000	ДВЗ	Зниження витрати палива на 15...20%, покращення тягових характеристик, двигуни стали работати значно тихіше.

Основними напрямками впровадження нанотехнологій у механізацію сільського господарства є: використання наноматеріалів, для поліпшення якісних показників машин та обладнання вдосконалення технологічних процесів за рахунок впливу на продукт на атомному та молекулярному рівнях.

Своє застосування в технічному сервісі нанотехнології та наноматеріали знайшли при виготовленні і зміцненню робочих органів і деталей машин. Завдяки нанотехнологіям з'явилася можливість підвищення надійності сільськогосподарської техніки не менш ніж у два рази за рахунок екологічнобезпечних високотехнологічних і поліфункціональних засобів захисту. Розроблені нанотехнологічні методи формування поверхонь тертьових деталей з оптимальними характеристиками міцності та триботехнічними властивостями забезпечують збільшення терміну служби мастильних матеріалів, зниження металоємності, експлуатаційних витрат і шкідливих викидів при використанні техніки [83]. Перспективним напрямком застосування нанотехнологій є розробка і використання різних добавок в мастила [74].

1.5 Висновки і завдання дослідження

У результаті інформаційного огляду робіт з питань збереження СГТ встановлено, що при зберіганні машини піддаються впливу комплексу різноманітних зовнішніх факторів, основними з яких є кліматичні. Розглянуто закономірності зміни цих факторів.

Проведений аналіз витрат на ремонт СГТ показав, що значні кошти щороку витрачаються на підтримку машинно -тракторного парку в робочому стані. У тейже час рівень технічної готовності парку машин складає всього 0,80...0,82.

Ростуть простої машин внаслідок технічних несправностей. Аналіз умов експлуатації СГТ дозволив виявити залежність зносу деталей і сполучень від ступеня корозійного руйнування, а також визначити перелік деталей і складальних одиниць, найбільш схильних до корозійно-механічному зношуванню.

Аналіз засобів захисту від атмосферної корозії, які застосовуваються для консервації СГТ, показав їх низьку ефективність. Дефіцит вітчизняних консерваційних матеріалів викликаний припиненням випуску ряду компонентів, що є основою для виробництва інгібіторів - корозії. Це призвело до появи складних багатокомпонентних композицій, що містять від 5 до 15 багатофункціональних складових.

Висновки дозволили сформулювати наступні завдання досліджень:'

Обгрунтувати концепцію створення нових хімічних сполук для отримання поліфункціональних засобів захисту СГТ від корозійно-механічного руйнування з використанням нанотехнологій.

Провести аналіз фізико-хімічних процесів на межах розділу фаз: електрохімічної та хімічної корозії, зносу, тертя, адгезії і т.д.

Встановити закономірність впливу поверхневої молекулярної плівки на фізико-хімічні процеси на межі розділу фаз.

Провести аналіз і вибрати органічні сполуки з ланцюговою молекулярною структурою для синтезу нових хімічних сполук.

Розробити технологію органічного синтезу нових хімічних сполук і отримати їх структурні формули. Дослідити властивості отриманих хімічних сполук та визначити перспективи їх застосування як основи при розробці поліфункціональних засобів захисту від корозії та зносу.

Розробити захисні засоби від корозії та зносу на основі отриманих хімічних сполук, а також технології їх застосування з використанням нанотехнологій.

Дати техніко-економічну оцінку запропонованих рекомендацій.

РОЗДІЛ 2. ТЕОРІЯ І ПРАКТИКА СТВОРЕННЯ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ І ЗНОСУ

2.1 Процеси на межі розділу фаз

На практиці ми завжди маємо справу з поверхнею розділу між двома контактуючими фазами, на властивості якої впливають зміни в будь-який з фаз.

Відповідно з трьома станами речовини (твердий, рідкий, газоподібний) можна виділити наступні типи поверхні розділу:

- тверде тіло - тверде тіло (ТТ-ТТ);

- тверде тіло - рідина (ТТ-Р);

- рідина - рідина (Р-Р );

- газ - рідина (Г-Р );

- газ - тверде тіло (Г-ТТ).

Таким чином, будь-яка гетерогенна система володіє поверхнею розділу фаз і характеризується поверхневою енергією. Впливаючи на поверхню розділу адсорбованими поверхнево-активними молекулами, змінюючи її енергію; можна управляти фізико-хімічними процесами, що відбуваються на межі розділу фаз ( рис. 2.1 ).

Межа розділу фаз тверде тіло-тверде тіло. На такій границі відбувається процес взаємодії (адгезія) між конденсованими тілами при їх контакті. На практиці - це адгезія частинок, плівок, лакофарбових покриттів і структурованих пружно-пластичних мас, наприклад бітумів, смолястих відкладень, отверділого клейового шару і т. д. до твердої поверхні.

При приведенні в контакт поверхонь двох твердих тіл (спряжень, трибоспряжень) на межі розділу виникає зчеплення.

Це зчеплення може бути відносно слабким, якщо воно виникає як наслідок фізичного тяжіння; одного тіла до іншого, або дуже сильним за рахунок хімічних зв'язків. При прикладання стискаючого навантаження ймовірність виникнення міцного зчеплення підвищується.

Рис. 2.1. Фізико-хімічні процеси на границях розділу фаз

Для двох, атомно-чистих контактуючих поверхонь сили тяжіння між твердими тілами достатні, щоб забезпечити, міцне зчеплення завдяки електронній природі їх поверхонь. При цьому адгезійний зв'язок діє на площі фактичного контакту.

При тангенціальному відносному русі поверхонь відбувається розрив адгезійних зв'язків. В реальних умовах ці зв'язки рідко рвуться на поверхні контакту, частіше це відбувається в тілі з більш слабким когезій ним зв'язком. Матеріал останнього переноситься на сполучену поверхню контртіла, відбувається зношування, обумовлене адгезією. В деяких системах адгезійне зношування проявляється і без відносного тангенціального переміщення поверхонь. Класичним прикладом таких систем є роз'ємні та розривні електричні контакти.

В узагальненому законі тертя; запропонованому Б.В. Дерягіним, враховуються як зовнішнє навантаження ; так і ; адгезій на взаємодія:

F_тр=м(F_ад+F₀), (2.1)

F₀=P_SS

де F_тр - сила статичного тертя;

F_ад - сила адгезії ;

F₀ - сила взаємодії контактуючих поверхонь;

м - коефіцієнт тертя;

S - площа істинного контакту;

P_S - тиск, викликаний силою F₀, яке діє на площу S.

Дослідження А.С. Ахматова підтвердили, що перший член в рівнянні (2.1) обумовлений силою адгезії. Коефіцієнт тертя можна представити у вигляді:

м= м_ад+ м_Р (2.2)

де м_ад і м_Р - коефіцієнти тертя за рахунок адгезії і тиску.

Границя розділу фаз тверде тіло - рідина. Тверді поверхні обмежують рідку фазу, визначають її форму і обумовлюють появу кордону розділу. При контакті рідини з твердою поверхнею виникає адгезій на взаємодія. Одночасно рідина змочує цю поверхню.

Адгезійна взаємодія між рідкою і твердою фазами поширюється на невелику відстань вглиб рідини. Це відстань вимірюється розмірами молекул. У міру відходу шару рідини від поверхні твердого тіла адгезійна взаємодія зменшується, поступаючись когезій ній взаємодії. При видаленні рідини з твердої поверхні можливий або адгезійний відрив на межі рідина-тверде тіло, або когезійний відрив, коли порушується межа рідина-рідина. У деяких випадках має місце адгезійно-когезійний відрив.

На практиці зустрічаються два типи взаємодії рідини з твердим тілом: адгезія обмеженого об'єму рідини, тобто адгезія краплі, і адгезія великої кількості рідини (рідина в ємності, плівка рідини на поверхні твердого тіла і т.д.).

Адгезія і змочування - дві сторони одного і того ж явища, що виникає при контакті рідини з твердою поверхнею. Адгезія обумовлює взаємодію між твердим тілом і рідиною що знаходиться в контакті з ним, змочування виникає в результаті цієї взаємодії.

Адгезія визначається взаємодією на межі розділу фаз, залежних від величин їх питомих вільних поверхневих енергій. Поверхня рідини може мимоволі скорочуватися, що вказує на наявність цієї енергії, яка визначається роботою , яку необхідно затратити на утворення одиниці нової поверхні рідини.

Адгезія і змочування твердої поверхні лежить в основі багатьох процесів. Змочування поверхні металу викликає негативний процес електрохімічної корозії. При боротьбі з зносом велике значення має адгезійна взаємодія мастила з поверхнями спряжень. Залежно від призначення мастильних матеріалів змочування або твердих поверхонь повинно бути різним. Для змащування приладів необхідно збереження мастила протягом декількох років. Такі мастила повинні розтікатися по твердій поверхні, повинні міцно фіксуватися в трибоспряженні і витримувати значні навантаження. При застосуванні мастильних матеріалів для зменшення тертя між рухомими плоскими поверхнями необхідно найбільш повне розтікання мастила. Такі поверхні повинні добре змочуватися, адгезійна взаємодія між мастильним матеріалом і твердою поверхнею повинна бути максимальним. Змочування і адгезія рідин в умовах сільськогосподарського виробництва мають велике значення при обприскуванні хімікатами рослин.