Коррозионная стойкость конструкционных компонентов автомобиля при воздействии противогололедных реагентов

Большая часть территории России расположена в климатических зонах, где зимний период сопровождается значительными снежными осадками и понижением температуры воздуха. Для обеспечения безопасного передвижения автотранспорта и повышения коэффициента сцепления между дорожным покрытием и шинами автотранспорта дорожные службы применяют комплексные меры (рис. 1): механическую очистку, обработку противогололедными материалами и использование химических реагентов.

Однако наряду с улучшением качества сцепления с дорожным полотном данные реагенты оказывают агрессивное воздействие на металлические элементы автомобилей, способствуя образованию и возобновлению имеющихся мест коррозии. ускоренному развитию коррозионных процессов. Согласно ряду иссле-

EDN STRIAG

• ¹ Устьянцев Юлиан Александрович – аспирант образовательно-научного кластера «Институт высоких технологий»; тел.: +7(911)470-10-68 ; e-mail: uyulian@internet.ru ;

• ² Великанов Николай Леонидович – доктор технических наук, профессор, профессор Высшей школы нанотехнологий и инженерии БФУ им. И. Канта; профессор НОЦ судостроения, морской инфраструктуры и техники, КГТУ, тел .: 7 (4012) 595 595, e-mail: nvelikanov@kantiana.ru , https://orcid.org/0000-0001-6833-7417 .

дований [1,2], коррозия остаётся одной из основных причин преждевременного износа как несущих конструкций, так и отдельных элементов, взаимодействующих с химическими составами, используемыми в рамках обеспечения безопасного дорожного покрытия, тем самым снижая их прочностные характеристики и эксплуатационные свойства.

Особую опасность представляет коррозия несущих и нагруженных элементов, таких как лонжероны, опоры крепления подвески и подрамники. В то время как повреждение внешних панелей (например, крыльев или дверей) носит в основном эстетический характер, разрушение конструктивно важных частей может привести к снижению пассивной безопасности транспортного средства.

Стоит отметить, что проблема коррозии наблюдается не только у автомобилей с большим сроком эксплуатации, но и у новых моделей. Это обусловлено стремлением автопроизводителей к снижению производственных затрат, включая упрощение процессов антикоррозионной защиты.

Наиболее уязвимыми зонами, с точки зрения воздействия реагентов, является нижняя часть кузова (днище, колесные арки) и другие элементы, находящиеся в близком контакте с дорогой. Частично проблему решают пластиковые защитные кожухи (локеры), однако их отсутствие или повреждение значительно увеличивает риск коррозионного поражения металлических деталей.

Для эффективного противодействия коррозии требуется анализ устойчивости различных типов защитных покрытий при взаимодействии с химически агрессивными веществами, применяемыми в дорожном хозяйстве. Необходимо учитывать не только химическую природу реагентов, но и особенности конструкции автомобиля, а также эксплуатационные условия в зимний период.

Рассмотрим состав противогололедных материалов и нормативное регулирование их применения. В зимний период эксплуатация автомобильных дорог сопряжена с воздействием комплекса неблагоприятных факторов: атмосферных осадков, циклических температурных колебаний, а также переменной механической нагрузки от транспортных потоков. Эти условия способствуют динамике образования, уплотнения и последующего таяния снежно-ледяных отложений на поверхности дорожного покрытия. В условиях интенсивного движения проезжая часть прогревается быстрее, что снижает вероятность образования наледи. Однако на участ- ках с низкой интенсивностью транспортного потока сохраняется риск формирования устойчивого гололёда, значительно осложняющего условия движения.

Применение противогололёдных материалов (ПГМ) регулируется рядом нормативных документов, определяющих требования к составу, физико-химическим характеристикам и условиям эксплуатации. Основными регламентирующими стандартами являются два ГОСТа.

ГОСТ 33387–2015 «Дороги автомобильные общего пользования. Противогололёдные материалы. Технические требования», определяющий требования к ПГМ, применяемым на автомобильных дорогах федерального, регионального и межмуниципального значения. Стандарт остаётся действующим и применяется в практике зимнего содержания дорожной сети общего пользования [3].

ГОСТ Р 58427–2020 «Материалы противогололёдные. Общие технические требования», распространяющийся на материалы, используемые в границах населённых пунктов, в том числе на улично-дорожной сети городов и посёлков, за исключением участков федеральных автотрасс [4].

Таким образом, разграничение сферы действия стандартов носит функционально-территориальный характер и предполагает использование различных типов ПГМ в зависимости от категории дороги и интенсивности её использования.

Ввиду невозможности организации сплошного мониторинга дорожных условий по всей протяжённости сети, основным критерием для принятия решений о проведении мероприятий по зимнему содержанию служат как прогнозные, так и фактические метеоусловия. На основе поступающих данных формируется оперативный комплекс действий, включающий выбор оптимального типа реагента, способа его распределения, а также графика применения.

В современной практике используются как твёрдые, так и жидкие ПГМ. При наличии слякоти и снегопада предпочтение отдается твёрдым смесям: технической соли (NaCl), песко-соляным смесям и многокомпонентным хлоридным составам. При устойчиво низких температурах и отсутствии снежного покрова более эффективным считается использование жидких реагентов, обеспечивающих равномерное распределение по дорожному покрытию и быстрое понижение температуры замерзания.

С химико-технологической точки зрения ПГМ классифицируются по основным компонентам: хлоридам натрия, кальция и магния. Эти вещества обладают выраженной гигроскопичностью и способностью понижать температуру кристаллизации водных растворов. Современные рецептуры всё чаще включают органические модификаторы (например, ацетаты, формиаты), а также ингибиторы коррозии, направленные на снижение агрессивного воздействия на конструкционные материалы транспортных средств и элементы дорожной инфраструктуры.

Взаимодействие узлов автомобиля с про-тивоголедным составом является сложным процессом. Рассматривая данную схему узлов автомобиля (рис. 1), можно выделить группы конструктивных элементов транспортного средства, подвергающихся воздействию химических реагентов, применяемых в зимний период с целью повышения коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием.

Рисунок 1 – Компоненты нижней части автомобиля (днище кузова): 1 – Передний узел подвески; 2 – элементы гидравлической тормозной, топливной магистрали; 3 – Горловинный патрубок топливного бака

а)

б)

Рисунок 2 – Узел передней подвески: a – до зимнего сезона; б – после зимнего сезона

На рис. 2 представлено техническое состояние амортизатора подвески независимого типа «МакФерсон», установленного на транспортное средство и оснащённого стабилизатором попе- речной устойчивости. На этапе летней эксплуатации визуальный осмотр не выявил признаков коррозионного повреждения поверхности детали (рис. 2, а). Защитное заводское лакокрасоч- ное покрытие оставалось целостным и равномерно распределённым по всей поверхности амортизатора, несмотря на наличие следов дорожных загрязнений.

Однако в ходе эксплуатации в зимний период, сопровождающемся интенсивным применением противогололедных реагентов (в том числе содержащих хлориды и другие активные соединения), было зафиксировано ухудшение технического состояния элемента. На поверхности амортизатора появились очаги коррозионного поражения, характерные для контакта с агрессивной средой, содержащей ПГМ (рис. 2 б).

Коррозионные очаги обнаружены на корпусе амортизатора, деталях стабилизатора поперечной устойчивости, кожухе тормозного диска, а также на резьбовых соединениях и крепёжных элементах. Особенно выражены отложения дорожного реагента в углублении нижней опорной чашки пружины, что может указывать на неблагоприятные условия эксплуатации в данной зоне.

Установлено, что длительное воздействие агрессивной среды, образующейся в результате контакта металлических поверхностей с растворами ПГМ, привело к локальному разрушению защитного покрытия и началу коррозионных процессов.

При изучении состояния тормозной магистрали гидравлической тормозной системы (рисунок 1, 2), выполненной из стали с антикоррозионным покрытием, выявлено, что данный узел подвержен негативному воздействию химических реагентов, применяемых в зимний период. Особенно уязвимыми зонами являются горизонтальные участки трубопровода с прилегающими крепёжными элементами (рис. 3), где происходит интенсивное накопление влаги и противогололедных материалов.

Дополнительную коррозионную нагрузку испытывают участки соединения металлических трубопроводов с гибкими шлангами, применяемыми для компенсации подвижности элементов подвески. Эти соединения, выполненные с использованием металлических штуцеров, наиболее чувствительны к воздействию агрессивной среды. Воздействие влаги, реагентов и абразивных частиц приводит к деградации защитного слоя, что способствует локальному развитию очагов коррозии на поверхности штуцеров и крепежа. Разрушение данных элементов влечёт за собой риск нарушения герметичности тормозной системы, что представляет потенциальную угрозу безопасности эксплуатации транспортного средства.

Пластиковые защитные экраны широко применяются в конструкциях транспортных средств в качестве барьеров, предотвращающих прямое воздействие загрязнений и агрессивных дорожных реагентов на элементы подвески, тормозной системы и другие металлические узлы. Особенно важной задачей таких экранов является защита элементов, расположенных в зоне активного аэродинамического обдува, включая нижнюю часть кузова и колесные арки, от летящей дорожной грязи и влаги.

Рисунок 3 – Коррозионное разрушение тормозной линии

Одним из таких элементов, подверженных повышенному риску коррозионного разрушения, является заливная горловина топливного бака. Поскольку данный узел изготавливается преимущественно из металлических материалов, автопроизводители используют над ней локальные пластиковые кожухи или щитки (рисунок 1, 3). Эти защитные элементы предназначены для минимизации контакта горловины с потоками загрязненной влаги, вылетающей из-под колес, особенно в условиях зимней эксплуатации с применением противогололедных материалов.

Однако наличие пластиковых экранов обладает и обратной стороной. При недостаточном техническом обслуживании и отсутствии регулярной очистки возможны скопления грязи, влаги и химических реагентов в полостях между защитным элементом и металлическими поверхностями. Такие зоны, лишённые достаточной вентиляции и просушки, формируют благоприятные условия для развития скрытой коррозии, в том числе в сопрягаемых узлах. В частности, это актуально для точек крепления, углублений и сопряжений конструктивных элементов.

Таким образом, эффективное применение пластиковых защитных элементов должно сопровождаться регламентируемыми профилактическими мероприятиями, включающими сезонную очистку и осмотр скрытых полостей. Поддержание чистоты в указанных зонах позволяет сохранить защитные свойства экрана, одновременно предотвращая образование локальных коррозионных очагов и продлевая срок службы несущих и функциональных узлов транспортного средства.

Заключение

Проведённый обзор показал, что противогололедные реагенты, используемые в зимний период для обеспечения безопасности дорожного движения, оказывают выраженное негативное воздействие на металлические элементы автомобилей. Особенно уязвимыми являются зоны днища, узлы подвески, тормозные линии и несущие конструкции, подверженные агрессивному воздействию смесей, способствующих ускоренному развитию коррозионных процессов.

Для снижения риска преждевременного разрушения компонентов транспортных средств необходимо внедрение комплекса профилактических мероприятий. Одним из наиболее эффективных решений является своевременная механизированная очистка дорожного полотна от остатков химических реагентов в период стабильно положительных температур. Остаточные химические соединения, сохраняясь на поверхности проезжей части и активируясь при контакте с влагой, формируют агрессивную среду, продолжающую разрушать элементы транспортных средств даже после прекращения снегопада или обледенения.

Наиболее результативным методом противодействия коррозионным повреждениям конструктивных элементов является применение современных технологий антикоррозионной защиты кузова. Это включает использование ингибиторных композиций, многослойных лакокрасочных покрытий с цинксодержащими грунтами, а также нанесение специализированных полимерных плёнок и мастик в зонах с повышенным воздействием агрессивных факторов [5]. Эффективность данных методов подтверждена в ряде экспериментальных и полупромышленных исследований, демонстрирующих существенное снижение интенсивности коррозии в зонах, подвергнутых обработке.

Рекомендуется регулярное сезонное техническое обслуживание автомобилей, включающее осмотр узлов тормозной системы и подвески на предмет признаков коррозии, особенно в зонах повышенного абразивного износа. Особое внимание следует уделять целостности защитных покрытий и локеров: их повреждение значительно увеличивает риск разрушения скрытых металлических деталей.

Также необходимо своевременное удаление загрязнений с горизонтальных поверхностей элементов шасси и подвески, где возможно накопление остатков противогололедных составов, особенно в периоды межсезонья и при высокой влажности. В случае выявления очагов ржавчины на несущих элементах кузова следует незамедлительно обращаться в специализированные сервисные центры для проведения восстановительных мероприятий и обеспечения герметичности конструкции.

Комплексный подход к профилактике коррозии, основанный на сочетании эксплуатационных, регламентных и технологических мер, с учётом особенностей зимней эксплуатации, позволит существенно продлить срок службы транспортных средств и повысить их эксплуатационную надёжность и безопасность.