Рациональное конструирование изделий

Первым и обязательным этапом защиты изделий является их рациональное конструирование. Для защиты от коррозии медицинской техники этот способ, пожалуй, является основным. При конструировании оборудования учитываются следующие факторы:

а) правильный выбор материала изделия или конструкции:

во – первых, материал должен быть стоек в данной коррозионной среде;

во-вторых, исключить использование без пропитки или изоляции неметаллических материалов (войлок, древесина, ас- бест и т.п.), способных впитывать влагу и таким образом создавать условия для протекания электрохимической коррозии;

в-третьих, отказаться от тех полимерных материалов, которые при старении, соприкасаясь с водой, выделяют коррозионно-активные агенты, усугубляющие коррозию;

б) Совместимость материалов в конструкции или рациональное сочетание и компоновка в одном узле деталей из различных материалов.

Без изоляции или разделения диэлектриками соприкасающихся поверхностей нельзя сочетать в одном узле детали из металлов, сильно отличающихся по величине электродных потенциалов ввиду опасности возникновения контактной коррозии. Все металлы разделяют на 5 групп: 1- Mq; 2- Zn; Al; Cd; 3- Fe; Pb; Sn; углеродистые стали, 4- Ni; Cr, хромистые стали; 5- Aq; Cu, медноникелевые стали. Допустимым считается контакт металлов, входящих в одну группу. Металлы каждой последующей группы усиливают коррозию металлов предыдущей;

в) оптимальная форма деталей (с проветриваемыми полостями и дренажными отверстиями). Отсутствие либо минимум коррозионноопасных участков (канавок, углублений, пазов, узких щелей и др.), в которых скапливалась бы влага;

г) минимальная слитность сечения (отношений периметра сечения к его площади) у конструкций и характер соединения элементов в них. Слитность сечения характеризует поверхность, соприкасающуюся с коррозионной средой. Дешевизна изделий из углов и швеллеров находится в противоречии с их устойчивостью к коррозии. Сварные соединения предпочтительнее клепаных и болтовых, которые ведут к возникновению внутренних напряжений и пор;

д) возможность нанесения и возобновления различных покрытий в процессе эксплуатации изделия и при его ремонте.

Выбор материалов.

Прежде всего, нужно учитывать экономическую целесообразность. Для проектируемого объекта нужно найти оптимальное соотношение между кап. затратами и эксплуатационными расходами в течение запланированного срока службы. Высоколегированные сплавы стоит применять, когда стоимость изготовления деталей со сложной конфигурацией значительно меньше, чем в стоимости изготовления деталей простых форм.

Следует рассматривать весь комплекс материалов как единое целое, а не каждый материал в отдельности. Прежде всего нужно учитывать именно коррозионную стойкость, а потом другие свойства.

В сухих средах и жидкостях с тщательно контролируемым составом можно использовать многие материалы, часто без специальной защиты. В атмосферных условиях можно не защищать такие материалы, как нержавеющие стали и алюминиевые сплавы. Долговечны также медь и свинец.

В более агрессивной влажной среде, например в морском воздухе, экономически целесообразно употреблять относительно дешевые конструкционные материалы (низкоуглеродистые стали) с применением дополнительной защиты. Для самых агрессивных условий лучше использовать коррозионно-стойкие материалы, чем более дешевые материалы с дорогостоящей защитой.

Нормальным выбором можно считать следующие сочетания материалов и агрессивных сред:

1) алюминий – неагрессивные атмосферы

2) хромсодержащие сплавы – окислительные растворы

3) медь и ее сплавы – восстановительные и неокислительные среды

4) сплавы типа хастеллой (хлориметы) – горячие солянокислые среды

5) свинец – разбавленная кислота

6) монель – плавиковая кислота

7) никель и его сплавы – щелочные, восстановительные и неокислительные среды

8) нержавеющие стали – азотная кислота

9) сталь – концентрированная серная кислота

10) олово – дистиллированная вода

11) титан – горячие крепкие окислительные растворы

12) тантал – когда необходима максимальная стойкость.

При выборе неметаллических материалов предпочтение нужно отдавать материалам, обладающим следующими свойствами:

низкое влагопоглощение, стойкость к грибкам и микрооргагнизмам, стойкость к заданному интервалу температур, совместимость с другими материалами, стойкость к огню и электрическим разрядам, неподверженность при нагреве выделять коррозионноопасные газы, способность противостоять выветриванию.

Для электрического оборудования нежелательно применение гигроскопичных материалов, либо они не должны контактировать с незащищенными металлическими частями.

Крепежные изделия должны быть изготовлены из тщательно выбранного коррозионно-стойкого материала, либо из материала, более надежно защищенного, чем соединяемые ими детали. Для эксплуатации в агрессивных средах крепежные детали не должны изготавливаться из металла, являющегося анодным по отношению к обоим металлам соединения.

Предпочтительно изготавливать крепежные детали из металла, совместимого с обоими соединяемыми металлами, т.е. обладающего слабыми катодными свойствами.

Если из конструктивных или экономических соображений используются крепежные детали из металла, являющегося анодным по отношению к катодной соединяемой детали, а диэлектрическое разделение применить нельзя, то на крепеж нужно нанести металлическое покрытие анодным металлом (например, алюминием, цинком или кадмием).

Контактной коррозии разнородных металлов можно избежать или по крайней мере ослабить ее путем предотвращения излишней влажности (например, вследствие конденсации) на таких соединениях; постоянно сухие соединения разнородных металлов не корродируют.

Когда разделение диэлектриком двух разнородных металлов невозможно, желательно поместить между ними третий металл, который уменьшает разность потенциалов между первыми двумя металлами, в виде отдельного вкладыша твердого металла, биметаллического пакета, металлизированного покрытия обоих металлов, образующих подвижное или фиксированное соединение.

Коррозия протекает значительно активнее, если между соединениями разнородных металлов имеется зазор. Зазоры между металлами и различного типа пластиками или эластомерами могут вызвать комбинированную щелевую и химическую коррозию различной интенсивности.

Особенно неблагоприятно сочетание малой анодной и большой катодной поверхностей. В условиях погружения в электропроводную среду коррозия анода с относительно малой поверхностью может протекать в 100-1000 раз быстрее по сравнению с коррозией при одинаковых поверхностях гальванопары.

Используемые для сварки и пайки металлы и припои должны быть более благородными (катодными), по крайней мере, одного из соединяемых в гальваническую пару металлов; кроме того, они должны быть совместимыми с обоими соединяемыми металлами.