Использование присадок к маслам на тепловозах - Результаты эксплуатационных испытаний силикатонитритной присадки

За рубежом взамен хроматов и масляных эмульсий применяют смеси на основе соединений бора, силиката натрия, молибдата натрия и других. В состав большинства неорганических смесей входит также нитрат натрия. В Советском Союзе в дизелях Д100 широко используется   смесь, в состав которой входит нитрит натрия.
Нитрит натрия — один из самых сильных ингибиторов коррозии черных металлов, но он защищает их только в щелочной среде. С понижением величины pH охлаждающей воды эффективность нитрита натрия резко падает: при pH ниже 8 присадка не защищает металл. При сливе воды из системы защитное действие пленки, возникающей на металле при применении нитрита в концентрации 2—2,5 г/л, также быстро исчезает; втулки, снятые с дизеля, охлаждающегося водой с присадкой нитритофосфатной смеси, постепенно покрываются налетом ржавчины. Нитрит натрия не способен защитить от коррозии цветные металлы. Более того, как показали наши испытания, он способствует разрушению свинцово-оловянистого припоя даже при нейтральных значениях величин pH.
За рубежом применяют нитрит натрия в системах охлаждения дизелей лишь в смеси с другими компонентами. В некоторых случаях их бывает до 5—6.
Силикат натрия признан эффективным ингибитором коррозии алюминия и его сплавов в нейтральной и слабощелочной среде [13—115], а также черных металлов и свинца [16].   По английским данным [17], смесь буры и силиката натрия дает лучшие результаты в системах охлаждения, чем другие смеси, например, смесь бензоата с нитритом натрия и «растворимые» масла.
Составленные в лаборатории коррозии ЦНИИ МПС смеси буры с борной кислотой в различных пропорциях позволяли получать растворы с любыми значениями pH вплоть до нейтральных. При этом величина pH вследствие создания буфера держалась очень стабильно. Некоторые смеси, запатентованные за рубежом, по-видимому, основаны на этом свойстве буферных растворов. Применяются также и органические соединения бора. Комплексное соединение бора с органическим компонентом (глюконат кальция), разработанное Академией наук Латвийской ССР, по данным авторов работы )[18], не тормозит коррозию алюминиевых сплавов, но и не увеличивает ее.
По литературным данным силикат натрия наиболее перспективен для защиты цветных металлов от коррозии, поэтому он был выбран в качестве основы для создания универсального ингибитора. Лабораторные испытания смеси, состоявшей из 0,5 г/л силиката натрия и 1 г/л нитрита натрия, проведенные ЦНИИ МПС, дали положительные результаты в отношении чугуна, стали и алюминиевого сплава АЛ-4 при условии поддержания величины pH в узких пределах: 8,5—9,5. Поскольку силикат натрия—более эффективный ингибитор для черных металлов, чем тринатрийфосфат, появляется возможность снизить содержание нитрита натрия в силикатонитритной смеси в 2—3 раза по сравнению с нитритофосфатной. Основным недостатком силикатонитритной смеси следует считать отсутствие возможности точного соблюдения в эксплуатации задаваемых параметров.
Эксплуатационные испытания предложенной силикатонитритной смеси были начаты в 1969 г. на тепловозах 2ТЭ10Л, М62 и дизель-поездах Д1 Одесско-Кишиневской и Прибалтийской дорог. Осмотр дизелей 10Д100, проработавших длительное время на силикатонитритной смеси, проведенный на I подъемочном ремонте, показал вполне удовлетворительное состояние деталей цилиндровой группы. На цилиндровых втулках и рубашках не было следов коррозии, кавитации и накипи.
Применение силикатонитритной смеси не оказывало влияния на образование трещин в адаптерных отверстиях цилиндровых гильз и рубашек дизелей 10Д100. Так, число случаев браковки по этому дефекту за 1971—1972 гг. в депо, применявшем силикатонитритную смесь, составляло по цилиндровым гильзам 0,238 шт/млн. км, по рубашкам — 1,06 шт/млн. км. В другом депо, близком по загрузке к опытному, но применявшему нитритофосфатную смесь, по трещинам в адаптерных отверстиях за эти же годы было забраковано 2,742 шт/млн. км цилиндровых гильз и 2,8 шт/млн. км рубашек.
Осмотр дизелей 14Д40 тепловозов М62 на 1БПР и 1ПР, работавших с начала эксплуатации на силикатонитритной смеси, показал, что на деталях цилиндровой группы нет следов коррозии и накипи. Отсутствуют отложения и в полости водяного охлаждения цилиндровых днищ.
Проведенный анализ отказов по системе охлаждения тепловозов М62 и ТЭП60, работавших с разными присадками к охлаждающей воде, выявил, что наиболее частой причиной отказов в эксплуатации является течь через резиновые уплотнения цилиндров по опорным поясам постановки в блок дизеля. Количество отказов по этому дефекту у дизелей 14Д40, эксплуатирующихся на силикатонитритной смеси, составило за 1972 г. 19,75 отк/млн. км, а у дизелей 11Д45, применяющих хромтатофосфатную смесь, за первое полугодие 1973 г.·—34,4 отк/млн. км.
Осмотр цилиндровой группы дизелей 10Д100, 2Д100 и 14Д40 показал, что силикатонитритная смесь в достаточной мере защищает детали из черных металлов от коррозии и не создает повышенных отложений накипи на стенках гильз, рубашек и в цилиндровых крышках, могущих оказать влияние на теплопередачу, а также не вызывает преждевременного разрушения резиновых уплотнений.
В несколько худшем состоянии оказались алюминиевые блоки двигателей 12VFE 17/24 дизель-поездов Д1 венгерской фирмы Ганц Маваг. У этих дизелей в отдельных случаях наблюдались кавитационно-коррозионные разрушения алюминиевого блока в межрубашечном пространстве в местах изгиба стенки под входными и выходными отверстиями воды и коррозионные повреждения посадочных поясков блока глубиной до 2 мм.
Следует отметить, что коррозионные повреждения алюминиевых деталей наблюдались и у дизелей 14Д40 тепловозов М62, обычно фиксируемые на I ПР. В наибольшей степени им подвержены отверстия перетока воды цилиндровых крышек. Отмечается агрессивность силикатонитритной смеси и к оловянисто-свинцовистому припою (ПОС), вызывающая его разрушение у трубных досок радиаторов дизель-поездов Д1 и водомасляных теплообменников тепловозов М62. В связи с этим была проведена сравнительная проверка времени истечения воды через секции холодильников в первом и втором кругах охлаждения тепловозов М62, применявших силикатонитритную присадку и смесь нитрита натрия, хромпика и фосфата, проходящих I ПР (табл. 13).

Таблица 13

Проверка времени истечения показала, что при съеме секций для промывки на ПР этот показатель возрастает независимо от применяемой присадки, причем секции первого контура, охлаждающие воду дизеля, работавшие в более высоких температурных условиях, загрязняются почти вдвое сильнее, чем секции второго контура, охлаждающие наддувочный воздух и масло дизеля.
Учитывая взаимозаменяемость секций обоих контуров охлаждения, целесообразно секции первого контура снимать для промывки на БПР, поскольку их загрязнение может оказать серьезное влияние на рабочий процесс дизеля и тепловое состояние его деталей.
При разборке секций холодильников в трубных коробках входа и выхода воды были обнаружены отложения. Анализ этих отложений из секций, работавших на силикатонитритной смеси, показал в отдельных случаях наличие окислов алюминия от 0,5 до 3,5% и окиси свинца 1,4—4,75%, являющихся продуктами коррозии алюминиевого сплава и припоя ПОС.
Агрессивность силикатонитритной смеси в отношении цветных металлов связана с повышением в процессе эксплуатации ее щелочности. Заданное инструкцией по применению присадки поддержание pH в пределах 8,5—9,5 выполнять трудно, так как жидкое стекло, являющееся источником силиката, обладает высокой щелочностью. Снижение щелочности при отсутствии силиката с высоким модулем достигается уменьшением концентрации силиката, что в свою очередь вызывает снижение защитных свойств присадки. При pH<8 ухудшается защитный эффект нитрита натрия в отношении черных металлов, а при pH>9,5 — цветных (алюминий и припой ПОС-30).
Зависимость между щелочностью и содержанием силиката очень неопределенная. Она связана не только с модулем силиката (указанного в паспорте), но и со временем и условиями хранения жидкого стекла. Кроме того, при нагревании охлаждающей воды может идти гидролиз молекул Na2SiO3 с последующим повышением щелочности. Большой расход групп SiO2, входящих в состав защитной окисной пленки металлов, при переходе на нитритсиликатную присадку связан с резким повышением щелочности при одновременном уменьшении концентрации силиката. С течением времени наступает стабилизация концентраций.
На практике, чтобы не слишком уходить от заданных пределов значений водородного показателя (8,5—9,5), лаборатории депо поддерживают силикат натрия в концентрации 0,35 г/л вместо рекомендуемых 0,5 г/л.
Таким образом, силикатонитритная смесь хорошо защищает цилиндровую труппу из черных металлов от коррозии, кавитации и образования отложений. Она имеет по сравнению с нитрофосфатной смесью преимущество в смысле защиты адаптерных отверстий дизелей Д100 от образования трещин.

Применение силикатонитритной смеси не вызывает увеличения и преждевременного разрушения резиновых уплотнении, дюритовых рукавов и прокладок. Вместе с тем отмечается недостаточная эффективность смеси в отношении защиту алюминиевых сплавов и оловянисто-свинцового припоя (ПОС), коррозионные разрушения которых фиксируются в большинстве случаев на I ПР. В процессе эксплуатации почти невозможно: выдержать заданные параметры охлаждающей воды с |силикатонитритной смесью даже при постоянной корректировке ее реактивами.
Повышение защитных свойств силикатонитритной присадки от коррозии цветных металлов (алюминия и ПОС) позволяет значительно расширить диапазон ее применения. В ЦНИИ МПС продолжаются работы в этом направлении.