Газопламенные методы защиты металлов от коррозии

Активное изображениеГазопламенное напыление покрытий является одним из наиболее широко распространенных процессов формирования на металлах слоев, характеризующихся высокими скоростями нагрева и охлаждения наносимого материала. Основными требованиями к газопламенным покрытиям, которые используются для защиты металлов от коррозии, являются способность противостоять разрушающему воздействию окружающей среды, непроницаемость, достаточная прочность и твердость.

Традиционный метод, позволяющий защищать металлоконструкции от воздействия атмосферной и промышленной коррозии на срок более 20 лет – это струйно-абразивная очистка поверхности металла и газопламенное напыление плотного защитного слоя покрытия из алюминиевой или цинковой проволоки.

Многие годы защита от коррозии стального корпуса диффузионного агрегата площадью более 350 м2 на Городейском и Слуцком сахарных комбинатах Республики Беларусь производилась электродуговым напылением слоя покрытия толщиной 2 мм алюминиевой проволоки. Основные недостатки данного процесса: наличие в окружающей атмо­сфере значительного количества остывших, не связавшихся с подложкой пылевидных частиц алюминия, что требует применения специальных средств защиты органов дыхания оператора и ведет к потере материала; повышенная пористость покрытий, находящаяся в пределах 7–12 %; необходимость применения средств защиты оператора от поражения электрическим током; сложность стабильной подачи в зону горения дуги двух проволок. Подготовка поверхности при этом производилась струйно-абразивной обработкой улетающей дробью, что сопровождается дополнительными затратами, связанными с очисткой дроби и ее уборкой.

Специалистами ГНПО порошковой металлургии НАН Беларуси была разработана новая технология восстановления алюминиевого покрытия стального корпуса диффузионного агрегата, при которой сначала обрабатываются изношенные участки агрегата с помощью установки струйно-абразивной беспыльной «ТЕНА-УСАО-БП», затем наносится покрытие путем распыления алюминиевой проволоки аппаратом «ТЕНА-ГШ». Важной особенностью «ТЕНА-УСАО-БП» является наличие специальной системы очистки отходящего воздуха с вакуумным отсосом пыли, включающей циклон и специальный керамический фильтр, обеспечивающий улавливание и уплотнение пыли, с последующим сбросом ее в накопитель и удалением по мере накопления.

Для нанесения покрытий из алюминиевой проволоки на корпуса диффузионных агрегатов был разработан специальный метод высокоскоростного газопламенного напыления аппаратом «ТЕНА-ГШ». Благодаря высокой скорости полета частиц распыляемого материала (более 200 м/с) было получено практически непроницаемое покрытие с закрытой пористостью 0,5–2,5 %, что позволило уменьшить толщину наносимого слоя с 2 до 0,5 мм, а также значительно сократить время напыления изделия, вредные выбросы в атмосферу и материальные затраты. Данная технология внедрена на Городейском и Слуцком сахарных комбинатах Республики Беларусь.

Основные результаты работы, описанной выше, были использованы при разработке процессов напыления коррозионно-стойкого алюминиевого покрытия на криволинейный брус отбойника дорожного полотна и цинкового покрытия на криволинейный брус отбойника дорожного полотна и цинкового покрытия – на закладные детали автовокзала «Московский» в г. Минске.

Высокая плотность и прочность полученных таким образом покрытий обеспечили напыленным изделиям необходимый ресурс работы.

Создание универсальной установки газопламенного напыления покрытий способствовало разработке ряда новых технологий нанесения защитных покрытий. Она состоит из аппаратов – распылителей порошковых, шнуровых и проволочных материалов, универсального пульта «ТЕНАПУГ» управления рабочими газами, подставки и комплекта соединительных шлангов.

Для нанесения защитных покрытий из широкой номенклатуры порошков при восстановлении и упрочнении деталей используется аппарат «ТЕНА-Ппм» повышенной мощности. Аппарат состоит из корпуса, на котором закреплены: снизу – рукоятка с плунжерным краном управления кислородом и горючим газами, сверху – бункер с механизмом управления подачей порошка. На переднем конце корпуса расположен сменный модуль, на заднем – игольчатый кран управления расходом транспортирующего порошка газа. Аппарат обеспечивает работу при использовании горючих газов: ацетилена, пропан-бутана или МАФ, а также кислорода и сжатого воздуха.

Для повышения качества покрытий из шнуровых и проволочных материалов на базе аппарата «ТЕНА-Гш» был разработан новый аппарат с электроприводом и цифровой системой управления «ТЕНА-Уэ».

Для защиты от коррозийно-абразивного износа внутренней поверхности бункеров разбрасывателя солепесчаной смеси ПО «Белкоммунмаш» (г. Минск) была разработана технология нанесения покрытия «алюминий-полиамид‑11». Общая площадь поверхности напыляемого бункера равна около 15 м2. Покрытие состоит из подслоя сцепления, основного слоя из коррозионно-стойкого металла и дополнительного, полимерного слоя. Для повышения прочности сцепления (не менее 25 МПа) перед нанесением алюминиевого слоя наносился очень тонкий, «полупрозрачный» слой покрытия из шнура «Ниалид» (Ni – 95 %, Al – 5 %). Основной, коррозионно-стойкий слой из алюминиевой проволоки обеспечивает электрохимическую защиту металла бункера, а полимерный из порошка (полиамид-11) – дополнительную защиту поверхности от проникновения корродирующей среды и механического воздействия.

Для подготовки поверхности бункера под напыление использовалась установка струйно-абразивной обработки беспыльная «ТЕНА-УСАО-БП». Это позволило получить сухую и чистую поверхность подложки без остатков окалины, ржавчины, жировых и других загрязнений с шероховатостью Rz 15…25 мкм. Для газопламенного напыления полимерного порошка применялся аппарат «ТЕНА-Ппм», оборудованный специальным модулем.

Разработанная технология также была использована при нанесении покрытий на бункеры подобного назначения производства ПО «Белдортехника» (г. Минск), предназначенные для работы с концентрированным (около 20 %) соляным раствором. Все напыленные изделия были переданы в эксплуатацию, прошли испытания и показали значительное увеличение срока службы.

Разработанная технология нанесения на металл полимерных покрытий может быть также использована для защиты стальных конструкций мостов, опор, шлюзов, судов, резервуаров для хранения воды, трубопроводов, крепей и других изделий шахтового оборудования, моечных устройств, воздуходувок, насосов, кузовов легковых и грузовых автомобилей, оборудования пищевой промышленности и многого другого.

Погружные насосы, используемые предприятиями республики для откачки воды из скважин, отличаются, как правило, мощностью. Например, предприятиями «Минскводоканала» используются в основном насосы марок ЭЦВ 8–25х100 (N = 8 кВт), ЭЦВ 10–63х65 (N = 22 кВт), ЭЦВ 10–120х60 (N = 32 кВт). Ротор электродвигателя таких насосов короткозамкнутый, состоит из вала (материал – сталь 45) с напрессованным на него пакетом дисков из электротехнической стали толщиной 0,5 мм, с пазами, залитыми алюминием. Эту часть вала называют «бочкой». Величина износа цилиндрической поверхности «бочек» составляет от 2 до 5 мм на диаметр.

Анализ условий работы погружных насосов показал, что в процессе эксплуатации основными причинами разрушения роторов электродвигателей являются коррозия и кавитация стальных дисков, приводящие к увеличению зазора между статором и ротором и росту потребляемого тока, а также связанный с этим износ сопряженных деталей. При ремонте насосов изношенные диски роторов не восстанавливают, а заменяют новыми, что возможно только в условиях заводов‑изготовителей, поэтому предприятия, эксплуатирующие насосы, как правило, отправляют их в металлолом.

Созданный процесс восстановления роторов электродвигателей погружных насосов включает следующие основные операции: струйно-абразивную обработку, напыление слоя покрытия из специальной механической смеси порошков (магнитомягкого материала), механическую обработку и нанесение полимерного покрытия.

Для струйно-абразивной обработки применялась установка «ТЕНА-УСАО-Ц», смонтированная на вращателе «ТЕНА-ДМВ‑2000». Режимы обработки следующие: давление воздуха 5…6 атм; угол атаки – 70…900; расстояние от дробеструйного сопла до поверхности образца – 40…60 мм. Материал – дробь чугунная колотая (ДЧК), размер частиц 0,5–0,8 мм по ГОСТ 11964–81. Время обработки валов диаметром 78…103 мм при длине «бочки» 460…560 мм составило 5…8 мин.

Покрытия наносили аппаратом-распылителем порошков «ТЕНА-Ппм» установки газопламенного напыления покрытий, который закреплялся на тележ­ке продольного перемещения вращателя «ТЕНА-ДМВ‑2000».

Результаты стендовых испытаний отремонтированных насосов с новыми и восстановленными роторами показали, что использование метода газопламенного напыления многослойных покрытий позволяет восстановить рабочие характеристики насосов и увеличить их срок службы с постоянным токовым режимом благодаря защите от износа, связанного с явлениями коррозии и кавитации. В настоящее время более ста отремонтированных погружных насосов эксплуатируется на водозаборных скважинах города Минска.

Обратная партия погружных насосов с восстановленными «бочками» ротора была отремонтирована на Барановичском водоканале. Стендовые испытания показали, что при равной производительности токовые нагрузки при работе насосов с восстановленными роторами ниже заводских. Насосы с восстановленными «бочками» роторов, установленные в водозаборные скважины в мае 2001 года, эксплуатируются по настоящее время без профосмотра. При работе на скважинах показания по току не изменились.

Активное изображениеСоздана новая технология изготовления композиционных порошков на основе оксида алюминия (50–80 об. %) и полиамида‑11 с содержанием 0,5–2,5 % наноразмерных частиц оксида алюминия и метод их высокоскоростного газопламенного напыления. Расположенный на частицах полимера плотный слой из частиц оксида алюминия позволяет снизить степень возможного окисления и улучшить условия нагрева полимера в высокотемпературной струе распылителя за счет передачи тепла через слой-оболочку из час­тиц оксида алюминия и благодаря этому повысить качество покрытия. Кроме того, форма частиц, близкая к сферической, способствует более равномерной подаче порошка в высокотемпературную струю распылителя.

При напылении композиционный материал подают в струю газопламенного распылителя «ТЕНА-Ппм», движущуюся со скоростью 300–500 м/с, энергией которой производят перенос частиц на поверхность детали, монолитизацию покрытия на предварительно подогретой до температуры, на 5–40 0С выше температуры плавления полимера, поверхности детали. Монолитизацию покрытия производят в течение 1–30 с.

В результате получены непроницаемые, прочные и твердые покрытия для защиты рабочих поверхностей деталей технологического оборудования солеперерабатывающих предприятий, работающих в условиях совместного воздействия интенсивной коррозии и износа: импеллеров смесителей, рабочих колес вентиляторов. Результаты испытаний в условиях производства Солигорского калийного комбината показали увеличение срока службы деталей с покрытием в 2–3 раза.

По материалам международного симпозиума «Сварка и родственные технологии»;

доклада П. А. Витязя – руководителя аппарата Президиума НАН Беларуси, А. Ф. Ильющенко – генерального директора ГНПО порошковой металлургии,

М. А. Андреева – директора ОХП «Институт сварки и защитных технологий» ГНУ ИПМ,

Е. Д. Манойло – заведующего лабораторией ОХП ИСЗП ГНУ «Институт порошковой металлургии»

blog comments powered by Disqus

Вверх