RU2771144C2 - Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях - Google Patents

Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях Download PDF

Info

Publication number
RU2771144C2
RU2771144C2 RU2020123088A RU2020123088A RU2771144C2 RU 2771144 C2 RU2771144 C2 RU 2771144C2 RU 2020123088 A RU2020123088 A RU 2020123088A RU 2020123088 A RU2020123088 A RU 2020123088A RU 2771144 C2 RU2771144 C2 RU 2771144C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
corrosion
shelf life
samples
metals
ferrous metals
Prior art date
Application number
RU2020123088A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2020123088A3 (ru
RU2020123088A (ru
Inventor
Лидия Васильевна Годулян
Лариса Константиновна Авдеева
Владимир Михайлович Зацепин
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Научно-Исследовательский Институт Проблем Хранения Федерального Агентства По Государственным Резервам (Фгбу Ниипх Росрезерва)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Научно-Исследовательский Институт Проблем Хранения Федерального Агентства По Государственным Резервам (Фгбу Ниипх Росрезерва) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Научно-Исследовательский Институт Проблем Хранения Федерального Агентства По Государственным Резервам (Фгбу Ниипх Росрезерва)
Priority to RU2020123088A priority Critical patent/RU2771144C2/ru
Publication of RU2020123088A publication Critical patent/RU2020123088A/ru
Publication of RU2020123088A3 publication Critical patent/RU2020123088A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2771144C2 publication Critical patent/RU2771144C2/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области прогнозирования срока хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в закрытых помещениях. Способ предусматривает проведение краткосрочных (минимум 1 год с ежемесячной регистрацией) ускоренных лабораторных коррозионных испытаний металлических образцов в различных температурно-влажностных условиях, в том числе и в условиях, близких к низкокоррозионным условиям хранения на складах; построение модели коррозии цветных металлов с использованием полученных результатов коррозионных испытаний и мировых данных по коррозии металлов; экспериментальное определение на основании данных коррозионных испытаний и металлографических исследований поверхности металлов количественного критерия, характеризующего допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности цветных металлов, прогнозирование срока хранения по построенной модели. Способ позволяет спрогнозировать обоснованные сроки хранения цветных металлов в закрытых помещениях. 2 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области прогнозирования срока хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в низкокоррозионных средах закрытых помещений.
Металлы, сплавы и металлопокрытия подвержены атмосферной коррозии под воздействием влажности воздуха и совместного воздействия загрязнений атмосферы, особенно в присутствии газообразных и твердых веществ. Данные по коррозийной активности имеют решающее значение для выбора соответствующей защиты от коррозии, а также для оценки пригодности металлических элементов изделий.
Стандарт ISO 9223 (введен с 01 июля 2019 г.) классифицирует 5 категорий коррозионной активности в зависимости от условий окружающей среды.
Низкокоррозионные среды внутренних (закрытых) помещений являются средами внутренних помещений с С1 (очень низкой) или С2 (низкой) категорией коррозийной активности в соответствии с ISO 9223.
Складские помещения (отапливаемые и неотапливаемые), в которых хранятся цветные металлы, характеризуются низкой коррозионной активностью, в атмосфере практически отсутствуют загрязнители, основными коррозионными факторами являются влажность и температура воздуха. При этом для всех складов среднемесячная влажность воздуха практически не превышает 70%, а температура 20-25°С.
Классификация в ISO 9223 носит слишком общий характер для низкокоррозионных сред внутри помещений. Более детальное категорирование низкой коррозионной активности внутри помещений произведено в стандарте ISO 11844.
Оценка низкокоррозионных сред внутри помещений может быть проведена путем прямого определения коррозионного воздействия на отдельные металлы (ISO 11844-2), либо путем измерения параметров окружающей среды (ISO 11844-3), которые могут вызвать коррозию металлов и сплавов.
Для большинства конструкционных металлов и сплавов, уровень воздействия коррозии уменьшается со временем, в связи с тем, что на поверхности самого металла накапливается продукты коррозии. Процесс коррозионного воздействия на металлы и сплавы, обычно аппроксимируют линейной функцией, когда общий ущерб зависит от времени воздействия в логарифмических координатах. Данная взаимосвязь указывает на то, что общее коррозионное воздействие на металл, М, выражается приближенно как потеря массы на единицу площади, или глубина поражения, и имеет вид:
Figure 00000001
где
t - период воздействия, в годах;
rcorr=M(t=1 год) - скорость коррозии за первый год, или микрометры на год (г/м2 ⋅ год или мкм/год), в соответствии со стандартами ISO 9223 и ISO 9224, является основанием категорирования коррозионной активности атмосферы,
n - это характеристика металла в окружающей среде.
В соответствии со стандартами ISO 11844 для закрытых помещений коррозионную активность можно классифицировать по скорости изменения массы исследуемых образцов металлов. Именно такой метод исследований использован в предлагаемом техническом решении.
Примером использования модели (1) является патент US 7231318 В2 (Kihira et al.), в котором рассматривается применение модели (1) для оценки долгосрочных коррозионных поражений коррозионно-устойчивых стальных конструкций -мостов (в открытой загрязненной атмосфере).
Модель (1) является основной для моделирования атмосферной коррозии на больших временах при наличии коррозионно-активных загрязнителей. Однако для низкокоррозионных условий применимость модели (1) с одними и теми же параметрами rcorr и n на малых (менее 1-2 лет) и больших (порядка 10 лет и более) временах не обоснована в силу недостатка экспериментальных данных по коррозии цветных металлов в низкокоррозионных средах.
Прямого прототипа и близких аналогов предлагаемого нами технического решения для оценки долгосрочной коррозии и сроков хранения цветных металлов в закрытых слабокоррозионных помещениях в интернете (Google Patents, Яндекс. Патенты), базах данных ФИПС, Европы (Espasenet) не найдено.
В предлагаемом нами способе прогноз коррозии производится на основе математической модели атмосферной коррозии, предложенной авторами (Михайловский Ю.Н., Стрекалов В.П., Агафонов В.В. Модель атмосферной коррозии металлов, учитывающая метеорологические и аэрохимические характеристики // Защита металлов. 1980. Т. 16. №4. С. 396-413):
Figure 00000002
где
t - время,
k0 - эффективная скорость коррозии в начальный момент времени без учета установившейся (стационарной) скорости коррозии k1 на больших временах,
b - коэффициент стабилизации коррозионного слоя.
Приведенное уравнение рассматривается как общая математическая модель, приближенно описывающая многолетнюю кинетику атмосферной коррозии металлов в различных климатических зонах.
Коэффициенты модели k0, b и k1 являются функциями как металла, так и метеорологических и аэрохимических параметров среды, подлежащими оценке на основе экспериментальных данных по коррозии.
Параметр k1 связан с k0 путем введения коэффициента q,
Figure 00000003
т.е. отношения годовой скорости коррозии в лабораторных условиях к годовой скорости коррозии в эксплуатируемых закрытых помещениях. Этот коэффициент оценивается путем статистического анализа экспериментальных данных по годовым скоростям коррозии металлов в открытой и закрытой атмосферах из доступных мировых научно-технических, патентных и нормативных документов.
Критерием прогноза среднестатистического срока хранения (Tav) металла является критическая величина (Mcr), характеризующая допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности цветных металлов. Mcr определяется на основе экспериментальных данных ускоренных испытаний расчетно-экспертным методом.
Среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях Tav определяется путем численного нахождения корня Tav нелинейного уравнения (2) относительно t с оцененными коэффициентами k0, b и k1:
Figure 00000004
Для возможного учета неточности модели, воздействия коррозионных загрязнителей, кроме влажностного и температурного факторов, а также временных колебаний воздействующих факторов относительно лабораторных условий вводится коэффициент резервирования Kr, в интервале значений от 1.5 до 2.5, принятый на основе вариаций оценок годовых скоростей коррозии, и определяющий уменьшение прогнозного срока хранения до нижней границы (Tcr),
Figure 00000005
Расчет сроков хранения цветных металлов производится посредством компьютерной программы «Хранение-ЦМ». Эта программа разработана в среде компьютерной математики Maple и реализует итерационный нелинейный метод наименьших квадратов для модели (2) с ограничением (3), а также определение значений Tav и Tcr.
Пример расчета по экспериментальным данным.
Прогноз срока хранения для меди.
Объект испытаний - плоские образцы меди марки МООК следующих размеров: 20 мм х 40 мм, толщина 2-4 мм.
Требования к образцам. Поверхность образцов не должна иметь видимых дефектов, таких как царапины, включения, трещины, точки и поры. Края образцов и края отверстий не должны иметь заусенцев.
Параметр шероховатости поверхности образцов - Rz20.
Испытуемые образцы должны быть промаркированы методом клеймения (порядковый номер образца).
Перед испытаниями поверхность образцов должна быть очищена и обезжирена. В случае необходимости поверхность образцов шлифуется, затем образцы обезжириваются органическими растворителями.
При очистке и обезжиривании образцов допускается применять мягкие щетки, кисти, вату, целлюлозу.
После обезжиривания допускается брать образцы только за торцы руками в хлопчатобумажных перчатках.
В процессе испытаний образцы подлежат визуальному осмотру, взвешиванию и металлографическим исследованиям.
Ускорение коррозионных процессов достигается посредством интенсификации таких факторов, как температура и относительная влажность воздуха.
Температурно-влажностные условия проведения коррозионных испытаний в лабораторных условиях:
- температура воздуха Т°С: +20°С, +30°С, +50°С;
- относительная влажность воздуха Н%: 70%, 80%, 95%.
Обеспечение заданной влажности достигается в эксикаторах с помощью растворов глицерина в дистиллированной воде различной концентрации. Заданная температура достигается с помощью сушильных шкафов. Температура и относительная влажность воздуха контролируются с точностью ±2°С и ±5% соответственно.
Figure 00000006
Образцы металлов помещаются в эксикатор с заданной влажностью, а затем эксикатор помещается в сушильный шкаф с заданной температурой.
Образцы располагают таким образом, чтобы они не касались друг друга. Приспособления для крепления образцов изготовляются из инертного материала. Испытания проводятся круглосуточно. Время испытаний отсчитывается с момента помещения образцов в эксикатор и установления параметров температурно-влажностного режима.
Осмотр образцов при испытаниях. Образцы перед испытанием осматриваются на отсутствие признаков коррозии. В процессе испытаний при осмотре регистрируются следующие изменения внешнего вида поверхности: цвет, потускнение поверхности, наличие и распределение видимых коррозионных дефектов.
В процессе коррозионных испытаний определяется масса каждого образца путем взвешивания на аналитических весах с точностью до 0,001 г.
Время, необходимое для осмотра и взвешивания образцов одного вида металла, составляет 8 часов.
Оценка результатов испытания. После каждого съема образцов определяется их масса путем взвешивания с предварительной выдержкой в эксикаторе с силикагелем не менее 24 часов. Время периодических осмотров и съемов образцов в учитываемое время испытания не включается.
По результатам взвешивания находятся средние арифметические величины изменения массы образцов, по которым строятся кривые в координатах "коррозионные потери - время" для температур 20, 30 и 50°С и влажности воздуха 70, 80, 95%.
Состояние поверхности образцов оценивается визуально путем внешнего осмотра, а также на основании металлографических исследований поверхностных слоев после коррозионных испытаний.
Критерием оценки результатов ускоренных испытаний является изменение массы образцов, внешнего состояния поверхности образцов, толщины, химического и фазового состав поверхностных слоев образцов.
Работы по прогнозированию срока хранения меди в закрытых помещениях включают следующие этапы:
1) Экспериментальные данные для построения прогнозной модели (оценки параметров k0, b и k1) выбираются для климатических условий, близких к реальным условиям хранения в закрытых складах (температура 20°С и влажность воздуха 70%) и имеют для медных образцов следующие значения:
Figure 00000007
2) Требуемая для расчета срока хранения величина Mcr определена по результатам ускоренных испытаний, а именно: сильное потемнение поверхности меди вплоть до черноты проявилось при влажности воздуха 95% и температуре 50°С после 9 месяцев испытаний и явилось критерием ухудшения состояния поверхности, необходимого для расчета срока хранения. При этом слой оксидов меди Cu2O, CuO, Cu2OxH2O приобрел вид многослойной пленки. После 10-12 месяцев дальнейших испытаний в этих условиях поверхность образцов меди становится черной. Поэтому результаты 9 месяцев испытаний меди при влажности воздуха 95% и температуре 50°С являются достаточными для определения критической массы коррозионных потерь, Mcr=3.5×10-5 г/см2.
3) Значение коэффициента q для меди = 119 (уравнение (3) заимствовано из обзора (D.W. Rice et al., Indoor Corrosion of Metals, J. Electrochem. Soc. 127: 891, 1980, табл. 12). Это значение получено в результате статистической обработки значительного количества экспериментальных данных по годовым скоростям коррозии медных образцов в открытой и закрытой атмосферах.
4) Для медных образцов принят коэффициент резервирования Kr=2.15.
5) Ввод и обработка экспериментальных данных и параметров q и Mcr в программе расчетов «Хранение-ЦМ» дает уравнение:
Figure 00000008
Среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях Tav определяется путем численного нахождения корня уравнений (4) и (6), а срок хранения с учетом коэффициента резервирования - согласно формуле (5).
В результате получено: среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях Tav=51,0 лет; срок хранения меди в закрытых помещениях с учетом коэффициента резервирования Tcr=23,7 лет.

Claims (1)

  1. Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в закрытых помещениях предусматривает проведение ускоренных лабораторных коррозионных испытаний металлов в течение года с ежемесячной регистрацией изменения веса образцов и состояния поверхности при различных температурно-влажностных режимах, в том числе и в условиях, близких к низкокоррозионным условиям хранения на складах; построение математической модели коррозии цветных металлов на основании полученных результатов лабораторных коррозионных испытаний и мировых статистических данных по коррозии вышеперечисленных металлов; определение по результатам коррозионных испытаний и металлографических исследований количественного критерия, характеризующего допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности металлов; прогнозирование сроков хранения по построенной модели с использованием установленного критерия ухудшения состояния поверхности металла и коэффициента резервирования, учитывающего возможные вариации коррозионных факторов.
RU2020123088A 2020-07-13 2020-07-13 Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях RU2771144C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123088A RU2771144C2 (ru) 2020-07-13 2020-07-13 Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123088A RU2771144C2 (ru) 2020-07-13 2020-07-13 Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020123088A RU2020123088A (ru) 2022-01-14
RU2020123088A3 RU2020123088A3 (ru) 2022-03-24
RU2771144C2 true RU2771144C2 (ru) 2022-04-27

Family

ID=80001658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123088A RU2771144C2 (ru) 2020-07-13 2020-07-13 Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2771144C2 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN210037550U (zh) * 2019-04-24 2020-02-07 中国人民解放军空军工程大学 一种模拟铝合金在沿海大气中腐蚀的腐蚀试验箱
JP2020148541A (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 北海道電力株式会社 腐食速度推定装置、腐食速度推定方法及びプログラム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020148541A (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 北海道電力株式会社 腐食速度推定装置、腐食速度推定方法及びプログラム
CN210037550U (zh) * 2019-04-24 2020-02-07 中国人民解放军空军工程大学 一种模拟铝合金在沿海大气中腐蚀的腐蚀试验箱

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Antonio R Mendoza, Francisco Corvo. Outdoor and indoor atmospheric corrosion of non-ferrous metals. // Corrosion Science. Volume 42, Issue 7, 1 July 2000, Pages 1123-1147. https://doi.org/10.1016/S0010-938X(99)00135-3. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020123088A3 (ru) 2022-03-24
RU2020123088A (ru) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110823792A (zh) 一种低合金耐蚀钢大气腐蚀的寿命评估方法
Ryhl-Svendsen Corrosivity measurements of indoor museum environments using lead coupons as dosimeters
Dubus et al. Monitoring copper and silver corrosion in different museum environments by electrical resistance measurement
CN105699280A (zh) 模拟耐候钢在高湿热海洋大气中腐蚀的方法
Thickett Frontiers of preventive conservation
Leuenberger-Minger et al. Dose–response functions for weathering steel, copper and zinc obtained from a four-year exposure programme in Switzerland
RU2771144C2 (ru) Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях
JP7084344B2 (ja) 腐食速度推定装置、腐食速度推定方法及びプログラム
Kucera et al. Corrosion of Steel and Zinc in Scandinavia with Respect to the Classification of the Corrosivity of Atmospheres
Qian et al. An accelerated testing method for the evaluation of atmospheric corrosion resistance of weathering steels
Tétreault The evolution of specifications for limiting pollutants in museums and archives
JP2003294606A (ja) 環境評価方式およびそれを用いた環境評価装置
Dean et al. Atmospheric corrosion of wrought aluminum alloys during a ten-year period
Babutzka et al. Investigation of the salinization of steel surfaces in marine environment
Degrigny Use of artificial metal coupons to test new protection systems on cultural heritage objects: manufacturing and validation
Grøntoft A condition modelling tool for cultural heritage objects
Borth et al. Corrosion Severity Comparison of Three Beach Sites
Surnam et al. Pitting corrosion of aluminium in the tropical climate of Mauritius
Abdul-Wahab Statistical prediction of atmospheric corrosion from atmospheric-pollution parameters
Bartuli et al. Prediction of durability for outdoor exposed bronzes: Estimation of the corrosivity of the atmospheric environment of the Capitoline Hill in Rome
Abdul-Wahab et al. Atmospheric corrosion of metals
Zelinka Uncertainties in corrosion rate measurements of fasteners exposed to treated wood at 100% relative humidity
Shafiei et al. Atmospheric corrosion of steel at two sites in Iran: a comparative study
Syed Studies of galvanised steel atmospheric corrosion in Saudi Arabia
Kenworthy The atmospheric corrosion and tarnishing of tin