6 ЛАКОФАРБОВІ МАТЕРІАЛИ
6.1 Корозія автомобілів в процесі експлуатації
6.1.1 Загальне поняття корозії
Корозія – це руйнування металу під впливом середовища. Стосовно кузова, будучи найдорожчою і важко замінимою частиною автомобіля, він одночасно більш уразливий в корозійному відношенні, чим встановлені на ньому основні механічні деталі і вузли. Руйнування металів відбувається при хімічній і електрохімічній взаємодії їх з навколишнім середовищем.
По механізму реакцій взаємодії металу з середовищем розрізняють хімічну і електрохімічну корозії).
Корозія є хімічною, якщо після розриву металевого зв’язку атоми металу безпосередньо з’єднуються хімічним зв’язком з тими атомами або групами атомів, які входять до складу окислювачів, що віднімають валентні електрони металу. Хімічна корозія можлива в будь-якому корозійному середовищі, проте найчастіше вона спостерігається в тих випадках, коли корозійне середовище не є|з'являється| електролітом (газова корозія, корозія в неелектропровідних органічних рідинах). Швидкість її гущавині всього визначається дифузією частинок металу і окислювача через поверхневу плівку продуктів корозії (високотемпературне окислення більшості металів газами), іноді – розчиненням або випаровуванням цієї плівки (високотемпературне окислення W або Мо), її розтріскуванням (окислення Nb при високих температурах) і зрідка – конвективною доставкою окислювача із зовнішнього середовища (при дуже малих його концентраціях).
Прикладом хімічної корозії є газова корозія випускного тракту автомобільного двигуна при взаємодії металу з відпрацьованими газами в зоні високих температур.
Корозія є електрохімічною, якщо при виході з металевих ґраток катіон, що утворюється, вступає в зв'язок не з окислювачем, а з іншими компонентами корозійного середовища; окислювачу ж передаються електрони, що звільняються при утворенні катіона. Такий процес можливий в тих випадках, коли в навколишньому середовищі існують два типи реагентів, з яких одні (що сольватуючі або комплексоутворюючі) здатні з’єднуватися стійкими зв’язками з катіоном металу без участі його валентних електронів, а інші (окислювачі) можуть приєднувати валентні електрони металу, не утримуючи біля себе катіони. Подібними властивостями володіють розчини або розплави електролітів, де сольватуючі катіони зберігають значну рухливість. Таким чином, при електрохімічній корозії видалення атома з металевих ґраток (що складає суть будь-якого корозійного процесу) здійснюється в результаті двох незалежних, але зв’язаних між собою електричним балансом, електрохімічних процесів: анодного – перехід сольватуючих катіонів металу, в розчин, і катодного – скріплення окислювачем електронів, що звільняються. Звідси витікає, що процес електрохімічної корозії можна уповільнити не тільки шляхом безпосереднього гальмування анодного процесу, але також впливаючи на швидкість катодного. Найбільш поширено два катодні процеси:
розряд водневих іонів
і відновлення розчиненого кисню
або 
,
які часто називають відповідно водневою і кисневою деполяризацією.
Анодний і катодний процеси з тією або іншою вірогідністю і в тій або іншій послідовності протікають в будь-яких точках металевої поверхні, де катіони і електрони можуть взаємодіяти з компонентами корозійного середовища. Якщо поверхня однорідна, то катодні і анодні процеси рівноімовірні за всією її площею; у такому ідеальному випадку корозію називають гомогенно-електрохімічною (відзначаючи, таким чином, відсутність якої-небудь неоднорідності в розподілі вірогідності електрохімічних процесів в будь-якій точці поверхні, що, звичайно, не виключає термодинамічної гетерогенності взаємодіючих фаз). Насправді на металевих поверхнях існують ділянки з різними умовами доставки реагуючих компонентів, з різним енергетичним станом атомів або з різними домішками. На таких ділянках можливе енергійніше протікання або анодного, або катодного процесів, і корозія стає гетерогенно-електрохімічною. Прикладом хімічної корозії є газова корозія випускного тракту автомобільного двигуна при взаємодії металу з відпрацьованими газами в зоні високих температур.
Електрохімічна корозія протікає при зіткненні металу з електролітом. Цей вид корозії охоплює всі види корозійного руйнування автомобіля, серед яких найбільше розповсюдження має атмосферна корозія.
В цьому випадку виникає електричний струм, який протікає як в металі, так і в розчині електроліту, що створюють замкнутий ланцюг, подібно до короткозамкнутого гальванічного елементу. Якщо поверхня металу незахищена, вона адсорбує з навколишнього середовища окислювальні компоненти – молекули кисню, оксидів вуглецю і сірки, хлору та інші, внаслідок чого утворюється оксидна плівка, яка на повітрі містить вологу, що конденсує. Товщина плівки може бути різною, залежно від температури, вологості повітря і інших умов.
Розрізняють суху і вологу атмосферну корозію.
Суха атмосферна корозія приводить до потьмяніння поверхні металу, але не викликає його руйнування. У сухій атмосфері відбувається хімічна взаємодія металу з киснем і іншими газоподібними реагентами з повітря. Залізо і сталь в сухій атмосфері не іржавіють навіть за наявності агресивних газів.
Але при збільшенні вологості атмосфери товщина плівки вологи збільшується, опір плівки зменшується, і при деякому мінімальному його значенні починається електрохімічна корозія.
Будь-яка металева поверхня електрохімічно-неоднорідною. Причинами електрохімічної неоднорідності можуть бути мікро- і макровключення, структурна неоднорідність металу, наявність нерівномірних плівок адсорбованих речовин, нерівномірність деформації металу і внутрішня напруга, відмінність в температурі окремих ділянок поверхні і ін. Поверхнею металу є безліч постійно працюючих гальванічних елементів, а руйнуються при цьому анодні ділянки поверхні.
Критична вологість, при якій суха атмосферна корозія переходить у вологу, таку, що протікає по електрохімічному механізму, залежить від стану поверхні металу і від наявності забруднень в самому повітрі. Для чистої поверхні заліза за відсутності хімічних забруднень в повітрі критична вологість дорівнює приблизно 70%. Але в реальності таких умов утримання не має жоден автомобіль. Для забрудненої поверхні критична вологість знижується до 50%. Пил і дрібні частинки грязі адсорбують і конденсують вологу.
При збільшенні температури повітря і ступеня вологості швидкість корозії значно зростає. Немає нічого шкідливішого, ніж поставити мокрий брудний автомобіль в теплий гараж з поганою вентиляцією. Це справжній термостат для розвитку корозійних процесів. У гаражах, що обігріваються і погано вентильованих, автомобіль піддається корозії швидше, ніж в тих, що не обігріваються і добре вентильованих. При температурах нижче за точку замерзання плівки вологи процес електрохімічної корозії гальмується. У порожнинах волога конденсується особливо інтенсивно при перепадах температури, а за відсутності вентиляції конденсат практично не висихає.
Там, де є автомобіль, повітря не буває вільним від домішок. Отже до несприятливої екологічної обстановки, яка стала нормою для міст, додайте загазованість вихлопами і випаровуваннями різних активних речовин, якими буквально просочений автомобіль.
У промислових районах навіть дощова вода має, як правило, кислу реакцію. Це пояснюється тим, що i газоподібні домішки, що знаходяться в промисловій атмосфері, розчиняються в дощовій воді і підкисляють її. Найпомітнішу роль з промислових забруднень повітря грає діоксид сірки (сірчистий газ). Навіть при вмісті його в повітрі менше 0,0001% спостерігається прискорення корозії металів. При підвищенні вмісту діоксиду сірки швидкість корозії збільшується. Аналогічний вплив на швидкість корозії роблять хлор, аміак, оксиди азоту і ряд інших газоподібних домішок.
У приморських районах суспензія розчину морської солі в повітрі – активний чинник корозії. Руйнівна дія солі непропорційно її концентрації в електроліті, і різке зростання корозії спостерігається при вміст, до 1%. Отже навіть невеликий вміст солі в плівці електроліту на поверхні металу може бути причиною значної корозії.
Поблизу промислових підприємств, особливо хімічних заводів, пил і грязь на дорогах можуть містити значну кількість агресивних речовин – сульфатів, хлоридів, фосфатів, вугільного пилу і ін. Пил проникає в закриті порожнини кузова, щілини, зазори, накопичується там і при подальшому зволоженні утворює корозійно-активне середовище.
Бруд, що прилипає до днища кузова автомобіля, навіть в сухі періоди залишається вологим, і корозія продовжується за рахунок вологи, що міститься в бруді. Взимку в містах активно застосовують різні реагенти для профілактики обмерзання – хлорид натрію і хлорид кальцію. Попадання цих солей руйнівно діє на кузов.
Таким чином, швидкість атмосферної корозії автомобіля міняється на декілька порядків залежно від клімату, сезону року і умов експлуатації.
За типом корозійного середовища
Деякі корозійні середовища і руйнування, що викликаються ними, такі характерні, що по назві цих середовищ класифікуються і корозійні процеси, що протікають в них.
Газова корозія – корозія в газовому середовищі при високих температурах.
Атмосферна корозія – корозія металу в умовах атмосфери при вологості, достатній для освіти на поверхні металу плівки електроліту (особливо у присутності агресивних газів або аерозолів кислот, солей і так далі). Особливістю атмосферної корозії є сильна залежність її швидкості і механізму від товщини шаруючи вологу на поверхні металу або ступеня зволоження продуктів корозії, що утворилися.
Рідинна корозія – корозія в рідких середовищах. За умовами дії рідкого середовища на метал цей тип корозії також характеризується як корозія при повному зануренні, при неповному зануренні, при змінному зануренні, що мають свої характерні особливості.
Як правило, металеві вироби і конструкції піддаються дії багатьох видів корозії – в цих випадках говорять про дію так званої змішаної корозії.
За характером розвитку на металевій поверхні корозія може бути суцільною або місцевою.
Суцільна розвивається на великих, погано захищених поверхнях. Вона, безумовно, вимагає повної обробки і перефарбовування кузова. Місцева корозія вражає поверхню металу на окремих ділянках.
Місцева корозія може мати різний характер.
Корозія плямами. В цьому випадку глибина враження невелика в порівнянні з поверхнею, яка буває достатньо обширною. Розвивається в сторони, а не в глибину.
Виразкова корозія. Пошкодження відбувається як поверхнево, так і в глибину.
Точкова, або піттинг, корозія. Вид пошкоджень відповідає назві. Зовні невеликі пошкодження мають значну глибину.
Наскрізна корозія. Це отвори з нерівними іржавими краями.
За причинами і локалізацією на кузові корозія підрозділяється таким чином.
– втомна (у місцях, схильних до одночасної дії агресивного середовища і знакозмінних навантажень).
– контактна (у місцях контакту різнорідних металів);
– щілинна (у вузьких щілинах і зазорах). Розвивається у вузьких зазорах і щілинах, де відбувається посилена капілярна конденсація вологи і затримуються дорожні забруднення. Руйнування відбувається на анодних ділянках поверхні, що знаходяться усередині щілини. Зовнішні ділянки щілинного з’єднання з вільним доступом кисню повітря грають роль катода. Прихований характер щілинної корозії не дозволяє виявити її на ранніх стадіях, що часто приводить до значних корозійних пошкоджень.
Підплівкова корозія (під лакофарбовими і полімерними покриттями). Підплівкова корозія може виявлятися у вигляді окремого здуття лакофарбного покриття або у вигляді павутиноподібної мережі ниток під покриттям (ниткоподібна корозія). Продукти корозії металу, як правило, не поступають на поверхню покриття, що утрудняє раннє візуальне виявлення місця корозії. Ниткоподібна корозія достатньо швидко розвивається від центру вогнища корозії на всіх напрямках, не викликаючи глибоких руйнувань металу, а в центрі вогнища метал руйнується углиб, аж до крізної поразки.
Спостерігається розвиток підплівкової корозії також в місцях механічних пошкоджень лакофарбних покриттів. Через подряпини, мікро- і макротріщини волога і атмосферні забруднення дістають доступ до поверхні металу. Ці ділянки стають анодними по відношенню до примикаючої поверхні, і руйнування металу відбувається|походить| достатньо швидко, утворюючи видимий продукт корозії – іржу. Анодними ділянками можуть бути також поверхні із зменшеною товщиною лакофарбовоого покриття, навіть за відсутності його дефектів. У цих випадках підплівкова корозія протікає повільніше.
По ступеню ураження, корозію можна умовно розділити на три основні типи – косметичну, проникаючу і структурну.
Косметична корозія. Це неприємне, але не найстрашніше явище. Вона погіршує зовнішній вигляд автомобіля, але не впливає на його експлуатаційні якості. Разом з тим, якщо не прийняти своєчасних міри, косметична корозія може розвинутися в проникаючу.
Косметична корозія насамперед з’являється в місцях сполучення кузова з накладними деталями – молдингами, ліхтарями, ручками, замками, решіткою радіатора. Сильно схильні до косметичної корозії кромки металу на фланцях дверей, капота і кришки багажника, на ринвах і інших деталях кузова. Кромки деталей, а також місця точок зварювання панелей кузова найменш захищені лакофарбовим покриттям через наявність мікрозадирок і випліскувань металу, що утворюються при різанні і зварюванні листового матеріалу.
Косметична корозія на кузовах може виявитися в перші місяці після випуску автомобіля і залежить від конструктивних особливостей, умов транспортування, зберігання і експлуатації автомобілів. Період до появи перших вогнищ корозії може розтягнутися від декількох місяців до декількох років.
Косметична корозія в процесі експлуатації автомобіля неминуче з’являється в місцях розтріскування і механічних пошкоджень лакофарбових покриттів. Найчастіше це відбувається на лицьових панелях нижче за поясну лінію, що піддаються при русі автомобіля ударам дрібних частинок гравію і щебеня.
Проникаюча корозія. Вона найчастіше розвивається саме в тих місцях, які труднодоступні для огляду; на жаль, стає помітною тільки тоді, коли заподіяний нею збиток важко виправити. Проникаюча корозія кузова з боку внутрішніх поверхонь переважно зустрічається на передніх крилах, в порогах і інших коробчатих перетинах нижньої частини кузова, в нижній частині панелей дверей. Порожнини, з яких розвивається проникаюча корозія, труднодоступні для фарбування і антикорозійної обробки.
Структурна корозія. Це втрата кузовом первинної жорсткості і міцності в результаті корозійного руйнування силових елементів, складових його структуру, що несе. Структурна корозія розвивається на кузові в місцях кріплення силових агрегатів, в елементах жорсткості кузова. Найбільш схильні до структурної корозії елементи днища кузова. На днищі зосереджена велика частина кріплення силових агрегатів. В той же час днище схильне до найбільшої абразивно-корозійної дії.
Слід мати на увазі, що втрата жорсткості в конструкції кузова може привести до його деформації і зсуву закріплених на нім вузлів, що робить подальшу експлуатацію автомобіля неможливою.
В умовах сильної корозійної дії знаходяться також всі підкузовні вузли і деталі: задня і передня підвіски, трансмісія і ін. Але завдяки тому, що вони виготовлені з металу значної товщини, корозія не приводить до погіршення їх експлуатаційних характеристик, хоча може викликати втрату товарного виду автомобіля ще в передпродажний період.
Дуже небезпечні корозійні враження внутрішніх поверхонь гідравлічних систем гальм, зчеплення і систем охолоджування. Такі системи бувають зазвичай закритими, і захист їх від корозії забезпечується застосуванням інгібіторів корозії в робочих рідинах, а також своєчасною заміною останніх.
6.1.2 Показники швидкості корозії
Для встановлення швидкості корозії металу в даному середовищі зазвичай ведуть спостереження за зміною в часі якої-небудь характеристики, що об’єктивно відбиває зміну властивості металу. Найчастіше в корозійній практиці використовують наступні показники.
Показник зміни маси
Показник зміни маси –
зміна маси зразка в результаті корозії, віднесена до одиниці поверхні металу 
і до одиниці часу (кг/(м2·год)):
.
Залежно від умов корозії розрізняють:
– негативний показник
зміни маси 
– спад маси металу за
час корозії після видалення продуктів корозії.
– позитивний показник
зміни маси 
– збільшення маси металу за час унаслідок зростання плівки
продуктів корозії.
Якщо склад продуктів корозії відомий, то можна зробити перерахунок і навпаки.
Об’ємний показник корозії
– об’єм поглиненого або такого, що виділився в процесі, газу 
віднесений до одиниці
поверхні металу і одиниці часу (наприклад, (м3/м2 ·год).
.
Об’єм газу зазвичай приводять до нормальних умов.
Стосовно електрохімічної корозії, коли процес
катодної деполяризації здійснюється за рахунок розряду іонів водню, наприклад, за
схемою 
, або
іонізація молекул кисню 
; вводяться відповідно кисневий ( 
) і водневий ( 
) показник відповідно.
Водневий показник корозії
– це об’єм 
, що виділився, в процесі корозії, віднесений до Su.
Кисневий показник корозії – це об’єм поглиненого в процесі корозії, віднесеного до Su.
Показник опору
Зміна електричного опору зразка металу за певний час випробувань також може бути використана як свідчення корозії (К).
,
де 
і 
– електричний опір
зразка відповідно до і
після корозії.
У|біля| цього способу є деякий недолік товщина металу у весь час
випробувань повинна бути однаковою і з цієї причини найчастіше визначають
питомий опір, тобто зміна електричного опору на одиницю площі зразка (см2, мм2)
при довжині рівній одиниці. Цей метод має обмеження застосування (для листового металу не
більш
Механічний показник корозії
Зміна якої-небудь властивості металу за час корозії. Порівняно часто користуються зміною межі міцності. Показник міцності при цьому визначається за виразом:
,
де 
– зміна межі міцності
при розтягуванні після корозії зразка протягом часу;
– межа міцності до
корозії;
– час.
Глибинний показник корозії
Кд – глибина руйнування металу за одиницю часу (наприклад, мм/рік).
Глибина корозійного руйнування П може бути середньою або максимальною. Глибинний показник корозії можна використовувати для характеристики як рівномірної, так і нерівномірної корозії (у тому числі і місцевою) металів. Він зручний для порівняння швидкості корозії металу з різною щільністю. Перехід від масового, струмового і об’ємного до глибинного можливий при рівномірній корозії.
Бальна шкала для оцінки загальної корозійної стійкості металів наведена в таблиці 6.1.
Таблиця 6.1 – Бальна шкала для оцінки загальної корозійної стійкості металів
Група стійкості |
Швидкість корозії металу, мм/рік |
Бал |
1 |
2 |
3 |
Абсолютно стійкі |
менше 0,001 |
1 |
Вельми стійкі |
0,001 – 0,005 0,005 – 0,01 3 |
2 3 |
Стійкі |
0,01 – 0,05 0,05 – 0,1 |
4 5 |
Продовження таблиці 6.1 |
||
1 |
2 |
3 |
Знижено-стійкі |
0,1 – 0,5 0,5 – 1,0 |
6 7 |
Малостійкі |
1,0 – 5,0 5,0 – 10.0 |
8 9 |
Нестійкі |
більше 10,0 |
10 |