XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Методы очистки металла крыла автомобиля Лада Гранта от ржавчины

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Крень В.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Пушкинского муниципального района"Средняя общеобразовательная школа № 8 c углубленным изучением отдельных предметов г. Пушкино"

Косарева О.М. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Пушкинского муниципального района"Средняя общеобразовательная школа № 8 c углубленным изучением отдельных предметов г. Пушкино"

Работа в формате PDF

727.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Появление ржавчины на кузове является актуальной проблемой для всех автомобилистов. Рано или поздно она появляется на всех машинах, не зависимо от страны- производителя. Коррозия автомобиля влияет на его безопасность. Если детали автомобиля поржавели, то элементы кузова теряют жесткость. Именно они поглощают энергию, образующуюся во время удара. Ржавчина на кузове снижает продажную стоимость авто на вторичном рынке.

Коррозия автомобиля обычно не сразу становится сплошной. Начинается она с местного очага на нижней поверхности днища, изнутри крыльев. Это обусловлено тем, что низ автомобиля принимает на себя самую агрессивную нагрузку со стороны окружающей среды: погодные условия (дождь, снегопад, изменения температуры) и реагенты, которые посыпают зимой на дороги.

Была выдвинута гипотеза: можно очистить металл крыла автомобиля Лада Гранта от результатов коррозии металла в домашних условиях. Для проверки этой гипотезы поставлена цель: разработать методы очистки и провести опыты с образцами крыла автомобиля Лада Гранта для подтверждения или опровержения гипотезы.

Для этого выбраны объект исследования – коррозия металла, предмет исследования – крыло автомобиля Лада Гранта со следами коррозии.

Для достижения цели был поставлен ряд задач:

- изучить явление коррозии, выяснить, что такое ржавчина,

- изучить факторы, влияющие на распространение коррозии по металлу,

- изучить существующие средства очистки от коррозии,

- придумать свои методы очистки от коррозии,

- провести опыты в домашних условиях

- сравнить результаты опытов, установить наиболее эффективный способ,

- дать рекомендации по использованию.

Использованы следующие методы выполнения исследовательской работы: анализ имеющейся информации по теме, опыт, сравнение полученных результатов.

1. Коррозия металлов.

1.1. Описание явления.

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией. Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный. Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы: металл – компоненты окружающей среды. Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла. [4]

Ржавчина- продукт взаимодействия внешней окислительной атмосферы с железом. Процесс ее образования называется ржавлением. Термин «ржавчина» присущ только продуктам коррозии железа и его сплавов. Любые другие металлы могут коррозировать, но не ржаветь!

Ржавчина - это гидратированная окись железа (гидроксид железа). Химическая формула ржавчины - Fe2O3•H2О (иногда пишут просто Fe2O3). На поверхности образуется в виде шероховатого налета, который имеет рыхлую структуру. Цвет ржавчины - от оранжевого до красно-коричневого.

Процесс ржавления металла начинается только при наличии в воздухе влаги. При попадании на поверхность изделия из железа капли воды, спустя некоторое время, можно заметить изменение ее цвета. Капля становится мутной и постепенно окрашивается в бурый цвет. Это свидетельствует о появлении, в месте контакта воды с поверхностью, продуктов коррозии железа. [7]

Экономический ущерб от коррозии металлов огромен. В США и Германии подсчитанный ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют примерно 3 % ВВП. При этом потери металла, в том числе из-за выхода из строя конструкций, изделий, оборудования, составляют до 20 % от общего объема производства стали в год. По России точные данные о потерях от коррозии не подсчитаны. [3]

1.2. Факторы, влияющие на коррозию металлов

Скорость и характер процесса химической коррозии металлов зависит от ряда факторов. Внешними называют факторы, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость перемещения коррозионной среды и т.д.). Внутренними называют факторы, связанные с составом, структурой, внутренними напряжениями в металле, качеством обработки поверхности металла и др.

Влияние внешних факторов.

Температура - это мощный внешний фактор. С повышением температуры скорость окисления резко возрастает.

Колебания температуры, особенно переменный нагрев и охлаждение, увеличивают скорость окисления металла, т.к. в защитной пленке образуются трещины.

Состав газовой фазы. Влияние состава газовой фазы на скорость коррозии металла велико, специфично и изменяется с температурой. В частности, на скорость окисления железа и стали, особенно сильно влияют кислород, соединения серы, водяные пары.

Значительное влияние на коррозию сталей и сплавов оказывают продукты горения топлива, содержащие ванадий. Это соединение находится в золе от сжигания дешевого топлива-мазута, нефтепродуктов. Зола, налипая на металл, увеличивает скорость его коррозии в десятки раз. Причина этому - «ванадиевая коррозия», обусловленная легкоплавкостью V₂O₅, и его способностью офлюсовывать (переводить в жидкое состояние) химические соединения золы и окалины, что снижает защитные свойства последней, а также участвовать в процессе окисления.

Скорость движения газовой фазы. Окисление, как гетерогенный процесс, определяется скоростью подвода и отвода реагентов в зону реакции. Поэтому, чем больше скорость движения потока газа, тем больше и скорость окисления металла.

Режим нагрева металла. Влияние режима нагрева металла может быть рассмотрено в контексте влияния колебаний температуры. То есть переменные нагрев и охлаждение увеличивают скорость окисления ввиду нарушения сохранности защитной пленки. [2]

2. Выбор автомобиля для исследования.

Марки различных машин имеют разную антикоррозийную защиту. Определённые модели могут начать гнить уже через два года эксплуатации. Разные модели одной марки авто поддаются коррозии различно. В таблице 1 приведен рейтинг самых гниющих машин с комментариями экспертов. [6]

Таб. 1.Рейтинг самых гниющих автомобилей.

Для выбора машины для исследования проанализирована статистика по автомобильному рынка за прошлый год. Исходя из результатов продаж автосалонов, представленных в таблице 2, сделан вывод, что самым продаваемым автомобилем России в 2018-2019 годах является Лада Гранта [1]. При этом он входит в ТОП-10 самых гниющих автомобилей. Поэтому для наших исследований был выбран именно этот автомобиль.

Таб. 2. Продажи автомобилей в России в 2019 году.

Самое проблемное место всех автомобилей – это крыло в месте арки над колесом. Именно эта деталь была приобретена в автомастерской (рис.1), из которой были подготовлены вырезаны образцы для дальнейших опытов (рис.2).

Рис. 1 Крыло автомобиля Лада Гранта Рис. 2. Детали крыла для опытов.

3. Существующие методы очистки от коррозии

Устранение коррозии можно производить следующими способами:

Механическим — используется при сильной степени коррозии, заключается в удалении ржавчины путем зачистки до металла с последующей грунтовкой, шпаклевкой и покраской ремонтируемой области кузова. Преимущества метода: устранение больших и глубоких пятен, повреждений под вспучившейся краской, а также низкая стоимость и доступность необходимых материалов. Недостатки: длительность процесса.

Химическим — заключается в использовании средств для удаления ржавчины. Преимущества способа: устранение коррозии в труднодоступных местах, более высокая скорость процесса. Недостатки: невозможность применения на сильно поврежденных участках. [8]

Подобные реагенты широко представлены на современном рынке.

3.1. Российские средства.

Рис. 3. Преобразователь Рис. 4. Преобразователь Рис. 5. Преобразователь

ржавчины ржавчины ржавчины

ASTROhim аэрозоль ASTROhim Fenom

Цена 140 рублей Цена 148 рублей Цена 150 рублей

ASTROhim. Имеет разнообразную форму выпуска: растворы в банках, аэрозоли. В его основе находится активное вещество – ортофосфорная кислота, под воздействием которой разрушается коррозийный слой. После нанесения средства кистью и удаления ржавчины специальной салфеткой, на поверхности образуется плёнка. Она обеспечивает отличную адгезию, поэтому ASTROhim можно наносить и на чистый металл в качестве дополнительной защиты перед покраской. Достоинства: отлично справляется со своей главной задачей, самая доступная стоимость. Недостатки: необходимость тщательной смывки.

Fenom. Средство продаётся в очень маленьких тюбиках. Учитывая такое небольшое количество средства, становится ясно, что для очищения от коррозии большого участка придётся купить несколько банок, а значит и вся изначальная дешевизна исчезает. Представленный модификатор подойдёт и для борьбы со ржавчиной, и для первичной обработки металла. Достоинства: быстрота реакции, смывка не требуется, образует на поверхности железомарганцевую плёнку, длительная защита от коррозии. Недостатки: для большого количества работ необходимо закупать много тюбиков, завышенная стоимость для такого малого объёма.

3.2. Зарубежные средства.

Рис. 6. Преобразователь Рис.7. Преобразователь

ржавчины Permatex 81773 ржавчины Hi-Gear

Цена 720 рублей Цена 700 рублей

Permatex 81773. Гелеобразная субстанция может похвастать ускоренным процессом нейтрализации (примерно 2-3 мин). Далее образуется плотное покрытие из полимерной основы, которое препятствует попаданию влаги, грязи на ранее пораженный участок. Полученная корка черного цвета, обладает хорошими показателями совместимости с красками, что говорит о возможности нанесения окрашивания непосредственно на препарат.

Достоинства: эффективное воздействие на очаги поражения, возможность последующего окрашивания (работает как грунт), удобное нанесение. Недостатки: значительная стоимость.

Hi-Gear. Автохимия этого бренда завоевала доверие, поэтому, безусловно, может считаться одной из лучших. Продаётся препарат в баллончике. Упаковка даёт мощную струю модификатора. Проблем с нанесением на значительные по размеру площади, а также с доступом в труднодоступные места не возникнет. При работе стоит быть осторожнее, попадание вещества на краску способно полностью растворить её. Обязательно необходимо во время работы защитить глаза и дыхательные пути, чтобы избежать серьёзных ожогов.Достоинства: мощная струя, долгая защита от повторной коррозии, может служить грунтом. Недостатки: необходимость смывки, высокая цена за баллончик [5].

Очистка от ржавчины опытных образцов.

Для оценки возможности очистки крыла автомобиля Лада Гранта от результатов коррозии металла в домашних условиях были выбрано отечественное средство с приемлемой ценой и наилучшими характеристиками, заявленными производителями ASTROhim.

Использование уже придуманных и проверенных специалистами методов приводит к положительным и быстрым результатам, но не всегда у людей есть возможность использовать профессиональные методы. Тогда на помощь приходят методы, которые можно сделать с помощью подручных средств. Это связано еще с тем, что Лада Гранта самый популярный автомобиль, который можно встретить не только в крупных городах, но по всей России, где обычно принято следить за автомобилем самостоятельно, используя подручные средства. Действенность способов из средств, которые можно найти дома, было решено проверить опытным путём.

4.1. Опыт№1. Преобразователь ржавчины ASTROhim

Для данного опыта (рис. 8-11) были использованы следующие реагенты: Преобразователь ржавчины ASTROhim (состав:вода>30%, ортофосфорная кислота>30% , окись цинка<5%,остальные добавки<5%)

Стоимость реагентов: преобразователь ржавчины ASTROhim - 500 мл - 140 рублей. Следуя инструкции на упаковке очищаемый объект надо поместить в средство на 20-25 минут. Заливаем состав в ёмкость, погружаем наш образец и ожидаем.

Рис. 8 Реагенты. Рис. 9 .Образец до Рис. 10. Образец Рис.11.Образец

начала опыта. спустя 15 минут спустя 1 час 10 минут.

Вывод: не смотря на то, что средство не справилось за указанные на упаковке 20-25 минут, оно проявило себя достаточно хорошо, убрав почти всю ржавчину с металла.

4.2. Опыт №2. Соса-Cola.

На просторах интернета достаточно давно “гуляет” такой способ очистки металлов от ржавчины, как Coca-Cola. Этот способ мне показался достаточно правдивым , так как в составе Колы присутствует ортофосфорная кислота.

Для опыта (рис. 12-15) мне потребовались: ёмкость, погружаемый образец и сама Coca-Cola. Нальём в ёмкость Колу погрузим образец и будем ждать. Стоимость реагентов: Coca-Cola – 0,5 литра - 64 рубля

Рис. 12. Реагенты Рис. 13. Образец Рис. 14. Образец Рис. 15. Результат

до начала опыта через 15 минут спустя 1 час 10 минут

Вывод: спустя всё время эксперимента Coca-Cola “съела” очень малую часть ржавчины. Данный способ очистки не является столь действенным и также является дорогим относительно других средств.

4.3. Опыт №3. Лимонная кислота и перекись водорода.

Для данного опыта (рис. 16-19) использовались следующие реагенты: перекись водорода 3% 15 мл, лимонная кислота 20-25 гр.

Стоимость реагентов: перекись водорода 3% - 100 мл - 8 рублей. 200 мл - 16 рублей, Лимонная кислота - 20 гр - 20 рублей. 50 гр - 40 рублей. Итого: 56 рублей. На 100 мл воды потребуется 20-25 г лимонной кислоты и 10-15 мл перекиси. Сначала смешиваем всё в емкости и укладываем образец. Первый результат виден уже через 3-4 часа. Жидкость становится темной, а количество ржавчины уменьшается. Вывод: способ является дешёвым и действенным.

Рис. 16 Реагенты. Рис. 17 .Образец до Рис. 18.Через 1 час Рис.19.Образец

начала опыта. после начала опыта после очистки

4.4. Опыт №4. Уксус.

Для данного опыта (рис. 20-23) были взяты следующие реагенты: уксус 9%. Стоимость уксуса 9% 1 л - 35 рублей. Итого: 35 рублей Сначала нужно налить в глубокую емкость необходимое количество уксусной кислоты, чтобы она полностью покрывала образец. Уложить в емкость ржавые изделия и закрыть все крышкой. Уже через несколько часов буден виден темный осадок и ржавчины будет меньше. Вывод: способ является дешевым и действенным.

Рис. 20 Реагенты. Рис. 21 .Образец до Рис. 22.Через 24 часа Рис.23.Образец

начала опыта. после начала опыта после очистки

4.5. Опыт №5. Сода.

Для данного опыта (рис. 24-27) были взяты следующие реагенты: сода, вода. При смешении соды и небольшого количества воды получается густая паста, которую необходимо нанести на ржавый участок. Эффективность раствора обусловлена присутствием в составе натрия, который обладает немалой химической активностью. Стоимость реагентов: сода - 30 рублей/500 грамм, вода - 2 чайные ложки. Итого 30 рублей. Вывод: способ является дешёвым, но не очень действенным.

Рис 24. Реагенты Рис. 25. Образец до Рис. 26 Образец с Рис. 27. Образец

начала опыта реагентом через 1 час

4.6. Опыт №6. Лимонная кислота, перекись водорода и соль.

Для данного опыта (рис. 28-31) использовались следующие реагенты: перекись водорода 3% 200 мл, соль пищевая ± 15 гр, лимонная кислота ± 90 гр. Стоимость реагентов: перекись водорода 3% - 100 мл - 8 рублей. 200 мл - 16 рублей, соль пищевая - 500 гр - 10 рублей. 15 гр - 0,3 рубля, лимонная кислота - 50 гр - 40 рублей. Итого: 56,3 рубля. Необходимо смешать перекись водорода, соль и лимонную кислоту в ёмкости, размешать до полного растворения кислоты и соли в перекиси. После чего необходимо опустить ржавую деталь в получившийся раствор. Через 10-15 минут после того, как образец поместили в раствор, началась бурная реакция, сопровождавшаяся шипением и бурлением жидкости. Через 30-40 минут раствор окрасился в тёмно-коричневый цвет. Через час реакция постепенно начала угасать. Еще через час (через 2 часа после начала опыта) реакция прекратилась. Вывод: способ является относительно недорогим, доступным и действенным.

Рис 28. Реагенты Рис. 29. Образец до Рис. 30 Образец Рис. 31. Образец

начала опыта через 1 час через 2 часа

Выводы из эксперимента.

Экспериментальным путем подтверждена эффективность отечественного преобразователя ржавчины ASTROhim. Из домашних средств с задачей очистки не справились сода и Coca-Cola, очистив только незначительную часть ржавчины. Эти реагенты исключены из нашего списка рекомендованных средств для удаления ржавчины. Этот список сформирован по трём показателям: цена, качество и время очистки. Наиболее эффективным способом оказалась смесь перикиси водорода, лимонной кислоты и соли. Формирование рейтинга представлено в таблице 2.

Табл. 3. Сводные результаты по всем опытам.

Заключение

Ржавчина на кузове является актуальной проблемой для всех автомобилистов. В результате человеческой деятельности, прежде всего развития промышленности, окружающая среда становится все более агрессивной. В последние годы в атмосфере повысилось содержание оксидов серы, азота, углерода. А значит, автомобиль омывается кислотными дождями, фактически – электролитом, ускоряющим коррозионные процессы.

Это актуально для автомобилей Лада, которые находятся в списке самых быстро гниющих автомобилей. Особенно актуально для Лады Гранты, которая является лидером по продажам в 2019 году в России.

Коррозия автомобиля начинается с местных очагов, так называемых, «рыжиков» и далее ржавчина быстра распространяется по всему автомобилю. Чтобы не допустить распространение, с ржавчиной надо бороться.

В результате работы подтверждена гипотеза: можно очистить металл крыла автомобиля Лада Гранта от результатов коррозии металла в домашних условиях.

Для подтверждения гипотезы были изучены существующие преобразователи ржавчины отечественного и зарубежного производства. Самое эффективное из них по мнению экспертов было протестировано на наших образцах крыла Лада Гранта.

Была проведена серия опытов с реагентами, которые можно найти дома и саму очистку провести в домашних условиях. Наибольшую эффективность показала смесь лимонной кислоты, перекиси водорода и соли. Немного отстали по времени очистки уксус и смесь лимонной кислоты и перекиси водорода. Абсолютно неэффективными оказались сода и Coca-Cola.

Рекомендация всем автомобилистам состоит в том, чтобы не запускать коррозию своего автомобиля и при первых появлениях ржавчины избавляться от неё. Если есть время и деньги, то съездить и купить специальные преобразователи ржавчины. Если нет такой возможности, то без промедления использовать домашние средства.

Список использованной литературы и интернет-ресурсов

1. Авторынок Росси: итоги 2019 года.

https://autoreview.ru/news/avtorynok-rossii-itogi-2019-goda

(дата обращения 18.01.2019)

2. Влияние факторов на коррозию.

https://vuzlit.ru/746123/vliyanie_vneshnih_vnutrennih_faktorov_himicheskuyu_korroziyu

(дата обращения 02.02.2020)

3.Как мы страдаем от ржавчины.

https://www.1metallobaza.ru/blog/kak-my-stradaem-ot-rzhavchiny

(дата обращения 29.01.2020)

4. Коррозия металлов.

http://zadachi-po-khimii.ru/obshaya-himiya/korroziya-metallov.html

(дата обращения 29.01.2020)

5. Преобразователи ржавчины.

https://vyboroved.ru/avtomoto/991-luchshie-preobrazovateli-rzhavchiny.html

(дата обращения 25.01.2020)

6. Рейтинг гниющих автомобилей.

https://zen.yandex.ru/media/avtokolesa/10-samyh-bystrorjaveiuscih-avtomobilei-v-rossii-eti-10-avtomobilei-ochen-bystro-gniiut-i-rjaveiut-brat-ih-ne-stoit-5d455dd26c300400ad539bd8

(дата обращения 18.01.2020)

7. Ржавчина.

https://www.okorrozii.com/rgavchina.html

(дата обращения 29.01.2020)

8. Способы удаления ржавчины с кузова автомобиля.

https://remontautomobilya.ru/kak-bystro-i-nadolgo-udalit-rzhavchinu-s-kuzova-avtomobilya.html

(дата обращения 02.02.2020)