Анотація до роботи:

Базелева Н.А. Методи і засоби захисту від корозії систем рідинного охолодження радіоелектронної апаратури. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.14 – Хімічний опір матеріалів та захист від корозії. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці комплексного протикорозійного захисту поліметалевих рідинних трактів систем охолодження радіоелектронної апаратури, який включає зменшення корозивності водно-етиленгліколевого теплоносія методами іонообмінного очищення і знекиснення, а також захист елементів, виготовлених із алюмінієвих сплавів, полімерними покриттями. Досліджена корозійно-електрохімічна поведінка конструкційних матеріалів (сплави АМц і АМг3, мідь М1, сталь 12Х18Н9Т і титан ВТ1-0) у водно-етиленгліколевих середовищах і визначено параметри корозивності теплоносія (питомий електричний опір не менш 25 кОмм і концентрація розчиненого кисню 1 г/м³), що забезпечують коефіцієнт захисної дії у поліметалевому рідинному тракті 40...75 %. Іонообмінний метод очищення теплоносія вдосконалено шляхом змішаного шару іонітів макропористої структури, які, на відміну від їх гелевих аналогів, ефективно поглинають корозивні продукти корозії міді. Метод знекиснення розроблено на основі редокситу ЭИ-21 50 СНУ, який у єдиному вузлі (редокс-фільтр та іонобмінний фільтр) забезпечує необхідні параметри корозивності теплоносія. Для захисту елементів, виготовлених із алюмінієвих сплавів, обгрунтовано застосування полімерних покриттів, отримуваних з емалі ВЛ-515, товщиною 50...60 мкм і фторопластової суспензії Ф-2МСД товщиною 30...36 мкм.

У дисертації наведено результати теоретично-експериментального дослідження корозійних процесів у поліметалевих рідинних трактах систем охолодження радіоелектронної апаратури і розроблено науково-прикладні основи комплексного протикорозійного захисту, який включає зменшення корозивності водно-етилен-гліколевого теплоносія методами іонообмінного очищення і знекиснення, а також захист елементів рідинного тракту, виготовлених з алюмінієвих сплавів, полімерни-ми покриттями. У результаті виконаної роботи одержано такі основні результати:

1. Отримано математичні моделі корозії, які дозволили дослідити і спрогнозувати вплив на корозійні втрати сплаву АМг3 і міді М1 концентрації етиленгліколю у водних розчинах і температури у широкому діапазоні їх варіюван-ня.

2. У водно-етиленгліколевих середовищах корозія алюмінієвого сплаву АМг3 і міді М1 протікає з кисневою деполяризацією, яка зменшується з підвищенням концентрації етиленгліколю і зменшенням температури. Мідь кородує в умовах кінетичного контролю відновлення кисню і незалежно від концентрації етиленгліколю і температури під час анодного розчинення в розчин надходять іони Cu⁺, які окиснюються до іонів Cu²⁺. Титан ВТ1-0 і сталь 12Х18Н9Т в водно-етиленгліколевому теплоносії знаходяться у пасивному стані.

3. Під час корозії етиленгліколь окиснюється з утворенням карбонових кислот, які разом з продуктами корозії, що переходять у розчин, зменшують його рН і питомий електричний опір, впливаючи на хімічний стан продуктів корозії. Утворені на алюмінієвих сплавах поверхневі комплекси алюмінію з карбоновими кислотами і етиленгліколем гальмують гідратацію оксидних плівок, а утворення розчинних комплексів міді з компонентами розчину збільшує швидкість корозії при підвищених температурах.

4. Отримано математичні моделі, за якими встановлено, що щавлева кислота пришвидшує корозію титану за концентрацій більше 0,1% і підвищених температур, що зумовлено утворенням розчинних оксалатних комплексів титану. Наведені моделі дозволяють прогнозувати корозійні втрати титану ВТ1-0, а також розраховувати коефіцієнти пришвидшення корозії залежно від концентрації щавлевої кислоти і температури.

5. За густин теплового потоку 250...2000 кВт/м² і швидкостей руху водно-етиленгліколевого розчину 5...10 м/с швидкість корозії мідних каналів охолодження, хімічний стан продуктів корозії (розчинні комплекси, сольватовані і десольватовані оксиди) та їх захисні властивості визначають температура та її коливання по поверхні каналу, які підвищуються з ростом теплового потоку і зменшенням швидкості руху розчину, що зумовлює зростання швидкості корозії.

6. В ізотермічних умовах знекиснення ефективно гальмує корозію міді і найбільші коефіцієнти захисної дії Z (78...97 %) досягаються за концентрації кисню 1 г/м³. Швидкість корозії алюмінієвих сплавів мало залежить від концентрації розчиненого кисню при температурах до 40 ⁰С, зростаючи при 70 ⁰С і концентраціях кисню в діапазоні 0,2 2 <1,8 г/м³, що пов’язують з утворенням на поверхні сплавів аморфних плівок. В неізотермічних умовах коефіцієнт Z>40% у поліметалевій системі досягається у водно-етиленгліколевому теплоносії з питомим електричним опором не менше 25 кОмм і концентрації кисню 1 г/м³.

7. Фільтр змішаної дії з макропористих іонітів – катіоніта КУ-23ч і аніоніта АВ-17-10Пч у співвідношенні 1:2,5 повністю вилучає з теплоносія різнолігандні комплексні продукти корозії міді та інтенсифікує поглинання гідратованих продуктів корозії алюмінію, що стало підґрунтям для заміни гелевих іонітів їх макропористими аналогами. Визначено оптимальні геометричні співвідношення у змішаному шарі іонітів і швидкості фільтрації теплоносія, які забезпечують високу реалізацію іонообмінної ємності шару та ефективне поглинання продуктів корозії.

8. Для знекиснення водно-етиленгліколевого теплоносія обґрунтовано використання редокситу ЭИ-21 50СНУ. Показано, що при підвищених температурах збільшуються ступінь використання ОВЄ редокситу і швидкість переходу окисненої міді з редокситу в теплоносій, що вимагає збільшення об’єму фільтра змішаної дії. Встановлено, що в єдиному вузлі очищення редокс- і іонообмінний фільтри забезпечують необхідні параметри корозивності теплоносія.

9. Для захисту від корозії алюмінієвих сплавів обґрунтовано використання полімерних покриттів і встановлено, що корозія під фторопластовим покриттям практично не розвивається, а під емалевим переходить у стадію сповільнення. Глибина корозії під емалевим покриттям приблизно на два порядки менша, ніж у сплаву АМг3 без покриття. Покриття з емалі ВЛ-515 і фторопластової суспензії Ф-2МСД товщиною 50...60 мкм і 30...36 мкм відповідно надійно захищають від корозії зварні елементи трубопроводів, виготовлені з алюмінієвих сплавів, у динамічних умовах впродовж 10000 год при 70...80 ⁰С.

10. За результатами дослідно-промислових випробувань розроблених засобів протикорозійного захисту встановлено збільшення ресурсу теплообмінної апаратури, виготовленої із алюмінієвих сплавів, більш ніж втричі, і газових лазерів – більш ніж у 10 разів. Для застосування протикорозійних засобів у складі систем охолодження розроблено: технічні умови на фільтр змішаної дії макропористий, які введені в технічні умови на іонообмінні фільтри і галузевий стандарт “Фильтры ионообменные для систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры. Основные параметры и размеры”; технічні умови на обладнання для знекиснення, іонообмінного очищення і заправляння теплоносія в РСО РЕА.

Публікації автора:

1. Выбор редокситов для обескислороживания водных растворов этиленгликоля / Т.А. Кравченко, Н.А. Базелева, Н.В. Соцкая, В.Б. Щедрина, А.Я. Шаталов, Л.Г. Калинин, З.Ю. Гейн // Журнал прикладной химии. – 1986. - № 11. – С. 2600-2601.

Здобувач розробила методику проведення випробувань редокситів, брала

безпосередню участь у випробуваннях та написанні статті.

2. Иванченко Л.М., Базелева Н.А. Исследование коррозии алюминия под лакокрасочным покрытием в водном растворе этиленгликоля // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР (ТРТО). – 1986. – Вып. 6. – С. 43-48.

Здобувач запропонувала метод і методику дослідження підплівкової ко-

розії, виконала математичну обробку експериментальних даних та прогнозу-

вання глибини корозії алюмінію під плівкою покриття, написала статтю.

3. Базелева Н.А., Соцкая Н.В., Кравченко Т.А. Влияние растворенного кислорода на коррозию меди М1 и алюминиевого сплава АМг3 в водно-этиленгликолевом растворе // Журнал прикладной химии. – 1987. - № 11. – С. 2575-2577.

Здобувач виконала корозійні дослідження, брала участь у формулюванні

висновків та написанні статті.

4. Базелева Н.А., Бардин В.К., Тарасенко О. М. Исследование коррозионной стойкости алюминиевого сплава АМг3 в условиях смены теплоносителей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР (ТРТО). – 1988. – Вып. 13. – С. 104-106.

Здобувач розробила методику проведення досліджень, виконала електро-

хімічні вимірювання, сформулювала висновки та брала участь у написанні

статті.

5. Базелева Н. А. Исследование коррозии меди в водных растворах этиленглико-

ля методом математического планирования эксперимента // Вопросы радио -

электроники. Сер. ОВР (ТРТО). – 1989. – Вып. 4. – С. 20-24.

6. Исследование эффективности ионообменной очистки водно-этиленгликолевого теплоносителя макропористыми ионитами / В.П. Стычишина, Г.К. Салдадзе, Н.А. Базелева, Д.П. Солнцева // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР (ТРТО). – 1989. – Вып. 12. – С. 107-114.

Здобувач розробила методику дослідження, обробила експериментальні

дані, отримала рівняння, на базі яких визначені оптимальні умови процесу

іонообмінного очищення теплоносія фільтром змішаної дії, який складався з

макропористих іонітів, та брала участь у формулюванні висновків і написанні

статті.

7. Соцкая Н.В., Кравченко Т.А., Щедрина В.Б., Базелева Н.А. Закономерности динамики сорбции молекулярного кислорода медьсодержащим редокситом из водно-этиленгликолевого раствора // Журнал прикладной химии. – 1990. - №1. – С. 60-64.

Здобувач брала участь у отриманні експериментальних даних з вивчення

динаміки поглинання кисню методом математичного планування експеримен-

ту, обробці експериментальних даних, формулюванні висновків та написанні

статті.

8. Повышение надежности газового лазера методом ионообменной очистки органического теплоносителя в контуре системы /А.К.Столяров, Н.А. Базелева, В.А. Волохов, О.В. Жильцов, Н.Ф. Кочкин // Надежность и контроль качества. – 1990. – Вып. 3. – С. 20-23.

Для підвищення надійності газового лазера здобувач запропонувала ме-

тод іонообмінного очищення теплоносія, брала участь у розробці методики до-

слідження, проведенні випробувань макету, аналізі експериментальних даних

та написанні статті.

9. Базелева Н.А. Методы и средства защиты от коррозии жидкостных систем обеспечения тепловых режимов РЭА // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. – 1999. – Вып. 1. – С. 31-42.

10. Базелева Н.А. Антикоррозионные свойства пленок эмали ВЛ-515 и фторопластовой суспензии Ф-2МСД на сплаве АМг3 в водно-этиленгликолевом теплоносителе // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – 2000. – Вып. 105. – С. 141-154.

11. Базелева Н. А. Повышение коррозионной стойкости систем жидкостного охлаждения радиоэлектронной аппаратуры методом обескислороживания водно-этиленгликолевого теплоносителя // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. – 2001. – Вып. 1. – С. 66-75.

12. Базелева Н.А. Исследование факторов, влияющих на формирование коррозионной ситуации в системах жидкостного охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. – 2001. – Вып. 1. – С. 81-87.

13. Базелева Н. А. Применение ФСДПч для очистки водно-этиленгликолевого

теплоносителя в системах жидкостного охлаждения радиоэлектронной аппа-

ратуры // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2001. – Т.1, вып.

5. – С. 796-798.

14. Базелева Н. А. Проницаемость и защитные свойства полимерных покрытий в

водно-этиленгликолевой среде // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2004.

- № 5. – С. 37-42.

15. Базелева Н.А. Корозійно-електрохімічна поведінка міді М1 у водно-етиленгліколевих середовищах // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2005. - № 1. – С. 19-26.

16. Базелева Н. А. Методы и средства защиты от коррозии систем жидкостного

охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Фізико-хімічна механіка мате-

ріалів. «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів» Спец.

випуск. – 2004. - №3. – С. 832-839.

17. Базелева Н. А., Горбунов И. А. Коррозия меди М1 в водно-этиленгликолевом

теплоносителе при теплопередаче // Фізико-хімічна механіка матеріалів. –

2005. - № 5. – С. 41-48.

Здобувач сформулювала завдання дослідження, отримала експеримен-

тальні дані зі швидкості розчинення міді, написала статтю.

18. Базелева Н. А. Коррозия жидкостных трактов систем охлаждения радио-

электронной аппаратуры // Фізико-хімічна механіка матеріалів. «Проблеми

корозії та протикорозійного захисту матеріалів» Спец. випуск– 2006. – №5. –

С. 172-177.

19. Базелева Н. А. Вплив щавлевої кислоти на корозію титану ВТ1-0 у водно-

етиленгліколевому теплоносії // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2006. –

№ 5. – С. 103-107.

20. Базелева Н. А., Герасименко Ю.С. Корозійно-електрохімічна поведінка алю-

мінієвих сплавів у водно-етиленгліколевих середовищах // Фізико-хімічна

механіка матеріалів. – 2007. - № 6. – С. 86 - 93.

Здобувач виконала експериментальну частину, брала участь у форму-

люванні висновків та написанні статті.

21. Шпигель А.С., Бардин В.К., Базелева Н.А. Исследование коррозионной стой-

кости сварных соединений алюминиевого сплава АМг3 с покрытиями в вод-

но-этиленгликолевом теплоносителе // Вопросы радиоэлектроники. Сер.

ТРТО. – 1992. – Вып. 1. – Деп. рук. в НИИЭИР, реф. 3-8850. – С. 74.

Здобувач сформулювала завдання дослідження і запропонувала мето-

дику його проведення, а також брала участь у формулюванні висновків і

написанні статті.

22. Шпигель А. С., Базелева Н. А. Исследование кинетики коррозии сплавов

АМг3 и АМц в водных растворах этиленгликоля в динамических условиях //

Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО. – 1992. – Вып. 2. – Деп. рук. в

НИИЭИР, реф. 3-8925. – С. 87.

Здобувач брала безпосередню участь у експерименті, обробці експери-

ментальних даних та виконанні математичного опису кінетики процесу.

23. Патент України UA 10411U, МКИ В01D39/04. Фільтр змішаної дії /Н.А. Ба-

зелева; опубл. 15.11.2005; Бюл. № 11.

24. Патент України UA 10591U, МКИ В64F1/28. Заправний пристрій / Н.А. Ба-

зелева; опубл. 15.11.2005; Бюл. № 11.

25. Патент України UA 13635 U, МКИ G01N 25/48. Стенд дослідження темпера-

турного режиму і корозії теплонавантаженого каналу / Н.А. Базелева; опубл.

17.04.2006; Бюл. № 4.

26. Базелева Н. А. Закономерности коррозии меди М1 в водно-этиленгликолевых средах // Вестник Харьковского национального университета. – 2000. - № 477. – С. 121-131.

27. Базелева Н.А., Калугин В.Д. Коррозионно-электрохимическое поведение ти-

тана ВТ1-0 и титанового сплава ВТ-23 в водно-этиленгликолевой смеси //

Вестник Харьковского национального университета. – 2003. - № 596. – С.

212-219.

Здобувач виконала експериментальну частину та брала участь у напи-

санні статті.

28. Стычишина В.П., Базелева Н. А. Закономерности сорбции продуктов корро-

зии металлов из водно-этиленгликолевого раствора на макропористых иони-

тах // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции “Применение ионооб-

менных материалов в промышленности”. Иониты – 86. – Воронеж, 14 – 17

октября 1986 г. – С. 187.

29. Базелева Н. А. Защита от коррозии лакокрасочными покрытиями сварных

трубопроводов из алюминиевых сплавов в водно-этиленгликолевых средах //

Материалы 15-й ежегодной Международной научно-технической конферен-

ции “Прогрессивные технологии в машиностроении (Технология – 2000)”. –

Одесса, 18-20 апреля 2000 г. – С. 8-9.

30. Базелева Н. А. Повышение коррозионной стойкости систем жидкостного ох-

лаждения (СЖО) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) обескислороживани -

ем водно-этиленгликолевого теплоносителя // Материалы XXI ежегодной

Международной научно-практической конференции “Композиционные ма-

териалы в промышленности”. – Ялта, 21-25 мая 2001 г. – С. 13-14.

31. Базелева Н. А. Прогнозирование коррозии титана ВТ1-0 проведением корро-

зионных испытаний в форсированных режимах // Труды четвертой Междуна-

родной научно-практической конференции “Современные информационные

и электронные технологии”. – Одесса, 19-23 мая 2003 г. – С. 236.

32. Базелева Н. А. Анализ факторов, влияющих на формирование коррозионной ситуации в системах жидкостного охлаждения радиоэлектронной аппаратуры // Материалы XIII Международной конференции “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики”. – Ялта, 3-7 октября 2005 г. – С. 22-26.

33. Базелева Н. А., Горбунов И. А. Коррозия меди М1 в условиях теплопередачи // Труды шестой Международной научно-практической конференции “Совре-менные информационные и электронные технологии”. – Одесса, 23-27 мая 2005 г. – С. 224.

34. Базелева Н. А., Герасименко Ю. С. Защита от коррозии полиметаллических жидкостных трактов систем охлаждения //Материалы XXVII юбилейной Международной научно-практической конференции “Композиционные материалы в промышленности”. – Ялта, 29 мая – 1 июня 2007 г. – С. 360-362.