ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ Закрытое акционерное общество «Полинит» , Москва, Большая Грузинская ул., 36 А, стр. 5 Тел/факс:
Сохранность и надежность эксплуатации энергооборудования, металлоконструкций емкостного оборудования, трубопроводов и запорной арматуры и насосного оборудования зависит от эффективности применяемых способов противокоррозионной защиты. Анализ, проведенный ЦНИИ ПСК им. Мельникова, показывает, что ущерб от аварий резервуаров и трубопроводов превышает затраты на их сооружение в 500 и более раз. Используемые способы защиты такого оборудования от коррозионного воздействия, недостаточно эффективны и экономичны. Требуется разработка новых подходов к решению этих вопросов, создание перспективной ресурсосберегающей технологии и соответствующего оборудования защиты от коррозии энергооборудования, емкостного оборудования, трубопроводов, насосов, запорной арматуры с использованием современных достижений науки, обеспечивающей, в том числе, возможность проведения необходимых мероприятий антикоррозионной защиты на месте монтажа Проблема Задача
Основные цели и задачи разработка высокоэффективной технологии антикоррозионной защиты энергооборудования, емкостного химического оборудования, трубопроводов, запорной арматуры, насосного оборудования для хранения и транспортировки химических продуктов (кислоты, щелочи, соли, органические соединения, фекальные стоки) и нефтепродуктов, методом плазменного напыления композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ).
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ Применение методов защиты оборудования должно осуществляться при воздействии внешних факторов: - высокая коррозионная составляющая воды; - повышенная влажность, капель и туман; - высокая радиационная нагрузка (ультрафиолетовое облучение); - циклическое воздействие воды; -абразивное воздействие взвешенных частиц в воде; - широкий диапазон рабочих температур. Защита должна обеспечивать -увеличение нормативных сроков службы оборудования, деталей и механизмов; -предотвращение преждевременного износа оборудования; - парирование техногенных катастроф. Защита должна осуществляться -футеровкой и нанесением на поверхность этих деталей покрытий, обладающих необходимыми эксплуатационными свойствами; -применением деталей узлов, элементов конструкции, изготовленных из инертных и износостойких материалов. Эффективное решение этих задач может быть обеспечено за счет комплексного использования сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и технологий, основанных на его свойствах.
Основы плазменного напыления Плазма, поток газа температурой 6000 – ºС образуется в специальном генераторе плазмы. Плазма практически мгновенно расплавляет частицы (10-100мкм) из любого материала и разгоняет их до скорости м/сек. При соударении с поверхностью расплавленные частицы образуют покрытие с плотностью % Плазма позволяет создавать покрытия из металлов, керамики, керметов, полимеров, металлополимеров, керамополимеров Качество покрытия определяется качеством предварительной подготовки поверхности изделия, материалами покрытия и технологическими параметрами плазмы.
Плазменное напыление полимерных материалов дискретный процесс: при ударе о подложку происходит деформирование частицы, характер деформирования обусловлен градиентом температур, и вязкости по радиусу частицы, менее вязкий внешний слой обтекает ядро частицы и переносится к поверхности удара, образуя пятно взаимодействия. вследствие низкого коэффициента теплопроводности частица не успевает закристаллизоваться до момента удара при ударе последующих частиц происходит сплавление частиц образовывается монолитное покрытие. Монолитное покрытие образовывается непосредственно в процессе распыления.
Плазменное напыление защитных покрытий Между водоохлаждаемыми катодом и анодом плазмотрона зажигается сильноточная электрическая дуга Величина тока может регулироваться технологом от 80 до 600А В дуговой промежуток подается плазмообразующий газ Газ нагревается дугой, ускоряется и истекает из сопла струей Температура струи может регулироваться от до К. Скорость струи, в зависимости от режимов может меняться от 200 до м/с В струю подается напыляемый порошок, который в струе ускоряется, расплавляется и оседает на подложку, образуя покрытие Принципиальная схема плазменного напыления защитных покрытий Варьируя режимами напыления (ток, расход и состав плазмообразующего газа, размер частиц и их расход, а также дистанция напыления), можно изменять свойства покрытий Плазменное напыление композиционных покрытий предполагается осуществлять с помощью плазменной струи
Сверхвысокомолекуляный полиэтилен и композиционные составы Проведенные исследования показали, что низкотемпературная плазменная струя может быть успешно применена для напыления полимерных покрытий, обладающих уникальными свойствами. СВМПЭ полимеры полиэтилена с молекулярной массой более 10 6 углеродных единиц. СВМПЭ имеет примечательные свойств. Плотность г/cм 3 Низкая износостойкости (объемная интенсивность износа 2,9-4,6 мм 3 /м), Низкое трение (коэффициент трения для пары СВМПЭ – сталь ниже 0,1), Хорошие диэлектрическими свойствами. Высокая ударная стойкость. Высокая стойкость к растрескиванию. Высокая работоспособностью при повышенных рабочих скоростях. Высокая устойчивость к воздействию влажности, атмосферных осадков, в том числе солевого тумана. Очень низкое водопоглощение (менее 0,1%). Сохранение свойств в диапазоне действующих температур от минус 200 до плюс 90 о С.
Комплекс свойств СВМПЭ создает широкие возможности применения покрытий на его базе Износостойкость, повышенная ударопрочность делают СВМПЭ эффективным в широком диапазоне приложений для создания высокоэффективных изделий; Сопротивление истиранию – СВМПЭ имеет самое высокое сопротивление истиранию из всех термопластичных полимеров; Коэффициент трения-скольжения – СВМПЭ обладает низким коэффициентом трения и повышенной стойкостью к истиранию, самосмазывающая способность полимера минимизирует теплогенерирующее трение, которое приводит к износу стальных деталей. –-- Не требует смазки, обеспечивая более простое обслуживание, и делает работу оборудования ровной и бесшумной. -Фактически исключается постепенный износ, связанный с работой абразивных материалов; Коррозионная стойкость – Уникальные свойства СВМПЭ создают эффективное сопротивление химическому износу и влиянию атмосферных воздействий; Нулевое водопоглощение – благодаря практически нулевому водопоглощению СВМПЭ не происходит никакого изменения размеров, когда он используется в водных средах. Этот материал не имеет пор и не содержит никаких органических пластифицирующих добавок, препятствуя возникновению грибка и бактерий.
Защита от гидроабразивной эрозии Композитное покрытие с комплексными составляющими: Сверхвысокомолекулярный полиэтилен Керамика или кермет Интерметаллид
Предпосылки ожидаемого результата Проведенные исследования, а также имеющиеся литературные данные, показывают, что СВМПЭ обладает высокой стойкостью к воздействию химически агрессивных продуктов: щелочей (раствору каустической соды до 80 о С, жидкому аммиаку и раствору гидрооксида калия до 50 о С), водным растворам неорганических солей (хлорида алюминия, нитрата аммония, хлорной извести, хлорида кальция, карбоната натрия, хлорида натрия, гипохлорида натрия до 80 о С), большинства неорганических кислот концентрированной соляной, фосфатной,серной (50%) кислот при температурах до 80 о С, синильной, плавиковой, хромовой, азотной (20%) - при 50 о С, концентрированной серной - при 20 о С. Высокую устойчивость СВМПЭ имеет по отношению к воздействию спиртов, кетонов, сложных эфиров и аминов.
Покрытия СВМПЭ толщиной 0,3 – 0,5мм, выдерживают воздействие температур от +70 о С до минус -50 о С, повышенной влажности и соляного тумана по ГОСТ РВ , и могут использоваться в аппаратуре морской техники (ГУП завод «Электроприбор» ) Покрытия композиционных материалов на основе СВМПЭ обеспечивают химическую стойкость на соответствие требованиям ГОСТ (Новочебоксарский комбинат «Химпром») стойкость к воздействию изменений температуры, повышенной влажности, соляного тумана и сернистого газа по ГОСТ (в течение 2880 часов), а также дополнительные испытания по ГОСТ (в течение 1440 часов) стойкость в 42%-м растворе MgCl 2 при температуре(20+ 2) о С, стойкость в 10% растворе соляной кислоты (20+ 2) о С стойкость к щелоку (KCl-11,6% NaCl-19,5% MgCl 2 -0,48% CaSO 4 -0,48% H.O.-0,03%) при температуре +105 о С (Лаборатория антикоррозионной защиты ОАО «Сильвинит») Испытания показали, что покрытия и образцы из СВМПЭ, не набухают в указанных средах и не крошатся. Происходит незначительное увеличение веса после испытаний на морозостойкость при минусовых обливах щелоком (0,13%), а также при воздействии температуры +105 о С (0,2 %) в растворе щелока Испытания покрытия СВМПЭ
Нормативно-методическое обеспечение мероприятий по совершенствованию антикоррозионной защиты оборудования методом плазменного напыления Необходимость в подготовке программы объясняется целью разработки и внедрение технических решений по оптимизации обслуживания и ремонта конструкций оборудования, работающего в жестких условиях (высокая абразивность, повышенная влажность, широкий диапазон рабочих температур). Для повышения защиты от этих факторов предлагается комплексное использование унифицированных подходов (с учетом экономической и технологической целесообразности внедрения предлагаемых технических решений на конкретных объектах), основанных на разработанных технологиях с использованием материала - сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Вместе с тем, для обеспечения экономической целесообразности предлагаемых мер необходимо максимально использовать возможности промышленного изготовления сменных элементов защиты. Для этого, в перспективе, необходима разработка технологических регламентов проведения работ по техническому обслуживанию, стандартов (стандартов предприятия или правил по стандартизации) и методик по контролю технического состояния оборудования, ремонту и испытаниям оборудования и структур его защиты, а также определение требований к используемым материалам. На этапе выработки технических решений и их апробации должны быть определены минимальные требования по уровню защиты к основному оборудованию, по которому планируется проведение работ. Одновременно должны быть определены методы испытаний и организована планомерная проверка предлагаемых образцов. В случае отсутствия стандартных методов испытания по конкретным видам воздействия или предлагаемым средствам защиты следует определить меры по созданию таких методик (стандартов предприятия или правил по стандартизации). Так, актуальной является разработка методики определения износостойкости материалов, деталей и узлов в жидких и комбинированных газо-жидкостных средах.
Закрытое акционерное общество «Полинит» , Москва, Большая Грузинская ул., 36 А, стр. 5 Тел/факс: