Алюминиевые протекторы

Алюминиевые подшипниковые сплавы обладают высокими свойствами (низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью). Но по технологичности они уступают обычным баббитам. Их более высокая твердость является скорее недостатком, чем преимуществом сплава, так как требует обработки цапф и вкладыша повышенной чистоты, а шейка вала должна быть твердой. Несоблюдение этих условий вызовет ускоренный износ. Высокий коэффициент линейного расширения алюминиевых баббитов требует более тщательной сборки с большими зазорами.

Безоловянные алюминиевые подшипниковые сплавы обладают достаточно высокими антифрикционными

Алюминиевые подшипниковые сплавы в последние годы получили широкое распространение. В качестве антифрикционных материалов они имеют ряд положительных особенностей:

В настоящее время созданы разнообразные по химическому составу алюминиевые подшипниковые сплавы. Основными компонентами сплавов являются Sn, Cu, Ni, Si. В своей структуре они имеют мягкую пластичную основу металла (алюминия) с включениями твердых структурных составляющих (кристаллы FeAl3, AljNi, СиАЬ, Mg2Si, AlSb и др.). Состав некоторых сплавов: АСМ (0,1-0,7% Mg; 3,5-6,5% Sb; остальное - А1); АО-9-2 (1% Ni; 2,25% Си; 0,5% Si; 9% Sn; остальное - А1).

Технологические данные сплава алькусин Д. Из сплава можно отливать втулки или заливать им подшипники (как баббитом). При отливке втулок рекомендуется сплав отливать в подогретые кокили. Алькусин Д, как и прочие алюминиевые подшипниковые сплавы, при помощи полуды плохо соединяется со стальным или чугунным телом вкладыша. Поэтому при заливке подшипников на их внутренней поверхности вытачивают канавки или пояски для крепления заливаемого сплава к постели. Коэффициент линейного расширения и усадка влькусина Д значительно больше, чем стали и чугуна. При наличии острых в прямых углов это свойство сплава может вызывать трещины по залитому слок> подшипника.

16. К о б ы л я н с к и и Г. И. и А н д р е е в с к и и Н. А., Алюминиевые подшипниковые сплавы, «Машиностроитель» № 5—6, 1940.

Вспомогательные добавки (медь, цинк, магний и др.). имеющие сравнительно большую растворимость в алюминии, вводят в алюминиевые подшипниковые сплавы с целью повышения их прочности и способности нести высокую нагрузку. Эти добавки особенно важны при применении сплавов

Технологические данные сплава алькусин Д. Из сплава можно отливать втулки или заливать им подшипники (как баббитом). При отливке втулок рекомендуется сплав отливать в подогретые кокили. Алькусин Д, как и прочие алюминиевые подшипниковые сплавы, при помощи полуды плохо соединяется со стальным или чугунным телом вкладыша. Поэтому при заливке подшипников на их внутренней поверхности вытачивают канавки или пояски для крепления заливаемого сплава к постели. Коэффициент линейного расширения и усадка влькусина Д значительно больше, чем стали и чугуна. При наличии острых в прямых углов это свойство сплава может вызывать трещины по залитому слок> подшипника.

16. К о б ы л я н с к и и Г. И. и А н д р е е в с к и и Н. А., Алюминиевые подшипниковые сплавы, «Машиностроитель» № 5—6, 1940.

1. Андреевский Н. А. и А и д р е е в А. С., Алюминиевые подшипниковые сплавы взамен высокооловя-нистых баббитов и бронз, „Материалы Всесоюзной конференции курсов по экономии цветных металлов", изд. Бюро технической помощи ВНИТО металлургов, М. 1939.

Алюминиевые подшипниковые сплавы обладают высокими свойствами (низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью). Но по технологичности они уступают обычным баббитам. Их более высокая твердость является скорее недостатком, чем преимуществом сплава, так как требует обработки цапф и вкладыша повышенной чистоты, а шейка вала должна быть твердой. Несоблюдение этих условий вызовет ускоренный износ. Высокий коэффициент линейного расширения алюминиевых баббитов требует более тщательной сборки с большими зазорами.

Расчетное значение потенциала алюминия лежит между потенциалами магния и цинка. В воде или грунтах алюминий имеет склонность к пассивации с соответствующим сдвигом потенциала к потенциалу стали. Тогда он перестает выполнять функцию протектора. Для предотвращения пассивации в околоэлектродное пространство можно вводить специальное вещество для создания среды, содержащей хлориды (засыпка). Однако это может служить только временной мерой. В морской воде пассивацию лучше всего предупреждать, используя сплавы. Например, сплавление алюминия с 0,1 % Sn с последующей термообработкой при 620 °С в течение 16 ч и закалкой в воде для удержания олова в состоянии твердого раствора очень сильно уменьшает анодную поляризацию в хлоридных растворах [6]. Коррозионный потенциал такого сплава в 0,1 т растворе NaCl составляет —1,2 В по сравнению с —0,5 В для чистого алюминия. Некоторые алюминиевые протекторы содержат 0,1 % Sn и 5 % Zn [7, 8]. Протекторы с 0,6 % Zn, 0,04 % Hg и 0,06 % Fe при испытаниях в морской воде в течение 254 дней работали с выходом по току 94 % (2802 А-ч/кг). В настоящее время в США на производство протекторов из таких сплавов ежегодно расходуют примерно 11,5 млн. кг алюминия [9].

Различные алюминиевые сплавы ведут себя в протекторах совершенно по-разному. Потенциалы колеблются приблизительно в пределах от ?/н=—0,75 до 1/н=—1,3 В; значения а2 составляют от 0,95 для эффективных сплавов со ртутью до 0,7—0,8 для сплавов с кадмием, индием и оловом. Особо важное значение для алюминиевых протекторов имеют три типа сплавов. Все они содержат несколько процентов цинка. Кроме того, в качестве активаторов в них добавляют индий, ртуть, олово или кадмий. Алюминиевые протекторы со ртутью обеспечивают высокий выход по току. Поляризуемость у них мала. Стационарные потенциалы у них почти такие же, как и у цинковых протекторов, или еще более отрицательны (максимально на 0,15 В). Кроме того, имеются сплавы с несколькими процентами магния, стационарные потенциалы которых заметно более отрицательны (до —1,5 В по мед-носульфатному электроду сравнения). Однако они легко поляризуются и имеют значительно худший выход по току.

Алюминиевые протекторы с цинком и индием как активаторами приобретают все более широкое распространение. Несмотря на сравнительно низкие значения «2 (не более 0,8) и стационарный потенциал 1/н всего •—0,8 В они имеют особо важное преимущество — низкую поляризуемость. Поэтому именно такие протекторы предпочтительно применяют для защиты сооружений в прибрежном шельфе. Алюминиевые протекторы с активирующими добавками цинка и олова занимают по показателю токоотдачи промежуточное положение. Их стационарные потенциалы близки к потенциалам индийсодержащих сплавов или несколько более положительны. Однако поляризуемость у них заметно выше. Такие материалы необходимо подвергать термической обработке, зависящей от их химического состава. В табл. 7.3 представлены свойства трех различных алюминиевых сплавов, содержащих в качестве добавок соответственно ртуть, индий и олово.

К труднорастворимым соединениям, образующимся на магниевых протекторах при обычной токовой нагрузке, относятся гидроксид, карбонат и фосфат магния. Впрочем, растворимость гидроксида и карбоната еще сравнительно высока. Очень низкую растворимость имеет только фосфат магния. Движущее напряжение у магниевых протекторов при защите стали при не слишком малой электропроводности и> >500 мкСм-см"1 составляет около 0,65 В, т.е. в три раза выше, чем у цинка и алюминия. Магниевые протекторные сплавы применяются преимущественно там, где движущее напряжение цинковых и алюминиевых протекторов недостаточно или где опасность пассивации слишком велика. Магниевые протекторы используют при повышенном электросопротивлении среды и для получения большей плотности защитного тока. Объектами такой защиты могут быть стальные конструкции в пресной воде, балластные танки для пресной воды, водоподогреватели и резервуары для питьевой воды. В случае резервуаров для питьевой воды важное значение имеет физиологическая безвредность продуктов коррозии (см. раздел 21.4). Здесь нельзя, например, применять алюминиевые протекторы, активированные ртутью. В грунте магниевыми протекторами можно защищать небольшие сооружения при удельном сопротивлении грунта до 250 Ом-м и более крупные резервуары и трубопроводы при сопротивлении грунта до 100 Ом-м. На объектах, имеющих органические покрытия для защиты от коррозии, в средах со сравнительно хорошей проводимостью иногда может оказаться необходимым промежуточное включение омического сопротивления для ограничения тока, чтобы не допустить повреждения покрытия слишком большим защитным током, или чтобы предотвратить установление слишком низких потенциалов (см. раздел 6).

опасных участках нельзя. Падающие протекторы, если они изготовлены из соответствующего материала, могут вызвать искру. По этой причине на танкерах во взрывоопасных помещениях (полостях) применять магниевые протекторы запрещено, а алюминиевые протекторы можно применять только до такой высоты, чтобы энергия при их падении не превысила 275 Дж. Цинковые протекторы допускаются без ограничений (см. раздел 18.4).

ные мнения. При способе катодной защиты с наложением тока от внешнего источника неправильное обслуживание, механическое повреждение анодов (анодных заземлителей) или недостаточно прочное крепление кабелей и анодов и неэффективная изоляция могут привести к выходу защитных установок из строя. При протекторной защите может произойти пассивация протекторов; в особенности в загрязненных прибрежных водах. Для обеспечения большого срока службы требуются протекторы очень большой массы; так, для одного из сооружений в прибрежном шельфе общей площадью около 40000 м2 нужны алюминиевые протекторы массой около 500 т. В табл. 17.1 дается обзор свойств систем защиты. Поскольку морские сооружения, в прибрежном районе обычно имеют изолирующие покрытия более или менее высокого качества, требуемый защитный ток вначале может быть различным, но через несколько лет его величина уравнивается. Требуемый защитный ток зависит в основном от содержания кислорода, температуры и движения воды (табл. 17.2 [1, 8]). В табл. 17.2 приведены данные по различным установкам катодной защиты от коррозии с указанием соответствующей силы защитного тока.

Магниевые аноды могут применяться только в танках групп а и б. Алюминиевые протекторы по нормативам Ллойда [3] можно применять во всех танках, но в танках групп в и г только с таким расчетом, чтобы энергия падения при обрыве протектора не превышала 275 Дж; иными словами, протектор массой 10 кг можно закреплять на высоте не более 2,8 м над днищем танка. Цинковые протекторы допускаются без каких-либо ограничений. Ограничения для магниевых и алюминиевых протекторов обосновываются возможностью образования искры при падении (обрыве) протектора. Напротив, цинк более мягок и при его> падении не могут образоваться искры [23].

Для защиты резервуаров-хранилищ с сырой нефтью, которые подвергаются опасности коррозии при попадании соленых вод на месторождении, применяют алюминиевые протекторы. На рис. 20.2 показан пример распределения протекторов в донной части такого резервуара [4]. Без катодной защиты имеется опасность сквозной коррозии около пор в покрытии в результате образования коррозионного элемента (см. раздел 4.2). Для защиты донной области до высоты в 1 м и зоны с чередующимся воздействием воды и нефти при площади их поверхности 2120 м2 (куда входят и встраиваемые элементы, в частности опорные лапы для плавающей крыши и поверхности нефтяной мешалки) и ориентировочной расчетной плотности защитного тока 8 мА м~2 требуется суммарный ток 17 А.

Примечание. Способы защиты: А — протекторы; Б1 и Б2 — магниевые и алюминиевые протекторы с дополнительным наложением тока от постороннего источника; В — инертные аноды с наложением тока от постороннего источника.

Для внутренней защиты резервуаров с питьевой водой можно применять только такие аноды (протекторы), анодные продукты реакции которых в воде по своему виду и концентрации не представляют опасности в гигиеническом отношении. По этой причине здесь не могут быть применены протекторы или аноды с наложением тока от внешнего источника, содержащие токсичные элементы, например алюминиевые протекторы, активированные ртутью, или протекторы из сплава свинца с серебром (см. разделы 7 и 8). В качестве протекторов для резервуаров с питьевой водой практически можно применять только магний и алюминий, поскольку продукты их реакции не вредны для здоровья, а ионы магния и без того содержатся в природной питьевой воде.

Судостроение, а позднее и сооружение портов являются одними из старейших областей применения катодной защиты от коррозии (см. раздел 1.3). Для судов и сооружений, располагаемых в прибрежном шельфе, пока применяют преимущественно протекторную защиту, тогда как для портовых сооружений и мостовых перегружателей ввиду потребности в большом защитном токе предпочитают применять станции катодной защиты. Характерные проблемы коррозии для сооружений в прибрежном шельфе встретились уже в середине 1950-х гг. в Мексиканском заливе. Однако скорость коррозии здесь была меньшей по сравнению с наблюдаемой в Северном море (см. табл. 17.2). В дополнение к этому на передний план все более выступают проблемы усталостного коррозионного растрескивания [13]. В отличие от свайных причалов и судов, на сооружениях в прибрежном шельфе в большинстве случаев не применяют никаких защитных покрытий или используют только временные покрытия. Защита от коррозии обеспечивается по катодной схеме. Значение токоотдачи (в ампер-часах) протекторов' из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов согласно данным табл. 7.2—7.4 относятся как 3,1 : 1,4 : 1. Напротив, цена этих протекторов (в марках за 1 кг) относится как 1,3:2,8:1, так что удельные затраты в марках ФРГ на 1 А-ч находятся между собой в соотношении 1 :2,4 :4,7 и наиболее выгодными оказываются алюминиевые протекторы. Многолетние наблюдения за протекторами трех типов в Мексиканском заливе показали, что затраты на них относятся между собой как 1 :3,5:2 [13]. Таким образом, магниевые протекторы для использования в прибрежном шельфе неэкономичны. Защита цинковыми протекторами обходится дороже защиты алюминиевыми протекторами.