ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ АЛЮМОКЕРАМИЧЕСКИХ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ 

НОВОЕ  АНТИКОРРОЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ  ДОЛГОВРЕМЕННОЙ  ЗАЩИТЫ  КОНСТРУКЦИЙ  И  СООРУЖЕНИЙ ОТ  КОРРОЗИИ

НАЗНАЧЕНИЕ:  Покрытие  предназначено  для  долговременной  защиты  от  коррозии  конструкций  из  чёрных  металлов,  которые  эксплуатируются  в  сильно  и  слабоагрессивных  средах  таких  как:

-  корпуса  судов;

-  рабочие поверхности  танкеров  для  перевозки 

   нефтепродуктов;

-  трубопроводы  различного  назначения;

-  резервуары  для  перевозки    и  хранения  

   нефтепродуктов,   минеральных  удобрений  и 

   других  агрессивных  жидких,  и  сыпучих  грузов;

-  резервуары  для  пожарных  машин  и  хранения     

   технической  воды;

-  нефтяные  платформы;

-  портовые  сооружения.

АКТУАЛЬНОСТЬ   защиты  металлоконструкций  от  коррозии  в  агрессивных  средах:

Важным   звеном  при  длительной  эксплуатации   вышеуказанных   сооружений,  работающих  в  агрессивных  средах,   является  эффективная   антикоррозионная  защита рабочих  поверхностей  их  металлоконструкций.     Частый демонтаж  и  ремонт,  вызванных  коррозией, аварийных  элементов металлоконструкций приводит к серьёзным  материальным  потерям.

-  Морская нефтедобывающая платформа - сильная  эрозия  и  коррозия  в  зоне  переменного  воздействия  морской  воды  и  атмосферы 

Для    повышения   качества,   надёжности    и   долговечности    металлоконструкций  при одновременном сокращении стоимости и сроков строительства    в   области  создания   на них антикоррозионных покрытий  должны  быть  решены следующие  взаимосвязанные  задачи:

     1.  Создание  эффективных  экологически  безопасных   антикоррозионных  материалов и  индустриальной  технологии  их  нанесения;

     2.  Создание  современного  механизированного  и  автоматизированного  технологического  оборудования   и  баз  (заводов)  по производству  металлоконструкций     с  покрытием;

     3.  Создание оборудования  для  нанесения  покрытий  в режиме  ручной  металлизации на  металлоконструкции  в том числе и  в  районе   сварных  швов.

 

     Эти   задачи  могут  быть  решены  с  использованием,   разработанных   автором,   новой  порошковой  проволоки  - ПП-4(ТОПАС),  обеспечивающей    антикоррозионное  покрытие,  технологии  его  нанесения  и аппаратуры  для  сверхзвуковой  электродуговой  металлизации  УСМ-5.

    1.   АНАЛИЗ  СУЩЕСТВУЮЩИХ  МАТЕРИАЛОВ  И  МЕТОДОВ  НАНЕСЕНИЯ  АНТИКОРРОЗИОННЫХ  ПОКРЫТИЙ

 

     К  числу  типичных   коррозионно-стойких   покрытий   для   защиты  чёрных  металлов  относятся  алюминиевые  и  цинковые  металлизационные  покрытия.        Они  безусловно превосходят  и  конкурируют   с  лакокрасочными  (в  том   числе  и   с   добавками   цинка   и   алюминия),  гальваническими   покрытиями  и  покрытиями,  полученными  окунанием   в  расплав, стеклоэмалевыми покрытиями, полимерными покрытиями  (липкие и оболочки   из   экструдированного  полиэтилена,  а  также  термоусаживающиеся).                                

            Так   в   противоположность   лакокрасочным,   типовые    металлизационные покрытия  обладают  значительно более  длительным  сроком  службы. В  результате,  несмотря  на более высокую начальную стоимость их  нанесения,  они,  в силу отсутствия   расходов   на  дополнительный   промежуточный   ремонт,   примерно через  5 – 10 лет  окажутся  более  рентабельными.

     Алюминиевые  покрытия  выдерживают  нагрев  до 450ºС.  Применение  алюминиевого  металлизационного  покрытия,   в   сравнении   с   вышеуказанными  методами,  позволяет  увеличить  срок  службы  металлоконструкций  в 2 - 3  раза.                 При  этом  натурные

  испытания   показали,   что    в   большинстве   агрессивных   сред   (морская, влажная и промышленная  атмосфера  химических  производств,  нефте  и   газопродукты ………..)  алюминиевые    покрытия   существенно   более  стойкие,   чем   цинковые   и цинкоалюминиевые. [1]

     Для   разработки  обоснованных   рекомендаций   по  применению   антикоррозионных  покрытий    в   различных    средах   в   ряде  стран   проведены    длительные     натурные  испытания,  результаты   которых   и   явились   основой   для  нормативной    документов. Так,  например,   в   США   к   концу  70-х   годов   были   закончены   девятнадцатилетние  широкомасштабные испытания цинковых  и алюминиевых  металлизационных  покрытий.

Испытания  проводились  практически  по  всей  территории  США. [2]                  Ниже  (с  сохранением  терминологии  оригинала) цитируются  выводы  Комитета Американского  общества  сварщиков:

     1.  Алюминиевые  покрытия  толщиной  0,08….0,15мм с  уплотняющими  покрытиями  и   без  него (даже  без  окраски)  обеспечивают  полную  защиту   основного   металла   от  коррозии  в морской   воде,   а   также   в  «жёсткой»  /ред.:  влажной,   ветреной/   морской   и   промышленной  атмосферах.

     2.  Цинковые  покрытия  без уплотняющего покрытия для полной защиты  от  коррозии   в   течении  19 лет  должны  иметь  толщину  не  менее  0,3 мм.      В «жёсткой» морской  и

промышленной   атмосферах   для   19 - летней    защиты   требуется   цинковое   покрытие  толщиной  0,23мм  без  уплотняющего  материала.

     3.  Тонкие покрытия  из  алюминия  обладают  лучшими  характеристиками,  т.к.  у  них  слабее  тенденция  к  образованию  раковин  и  пузырей.

     4.  Коррозия   не   прогрессировала   там,   где   в   алюминиевых   покрытиях    имелись механические   повреждения   типа   царапин   и   заусениц,  по - видимому   в    результате  появления  гальванической  защиты. 

     5.  Предпочтительное   применение  алюминиевых   и   в  некоторых   случаях  цинковых   покрытий   рекомендуется,   как  способ   продления   срока   службы  чугунных  и  стальных конструкций типа мосты, морские  пирсы,  корабельные   корпуса,   трубопроводы  наземной   и   подземной  прокладки,  нефтехранилища,  высотные  строительные  конструкции  и  так  далее.

Таким  образом   анализ   эксплуатационных   свойств  существующих  материалов  для  антикоррозионной защиты  металлоконструкций  показывает,  что  типовые алюминиевые  металлизационные  покрытия   превосходят  по  коррозионной  стойкости   рассмотренные  выше  материалы  и  способы  их  нанесения. [ 1, 2, 3, 4 ].

    2.   ОСОБЕННОСТИ   И   ПРЕИМУЩЕСТВА    АЛЮМОКЕРАМИЧЕСКОГО  МАТЕРИАЛА   И   ПРОЦЕССА   СВЕРХЗВУКОВОЙ   ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ  МЕТАЛЛИЗАЦИИ   АЛЮМОКЕРАМИЧЕСКОГО   АНТИКОРРОЗИОННОГО  ПОКРЫТИЯ

     В   ряду   промышленных   методов   газотермического  напыления   антикоррозионных  покрытий:   электродуговая   металлизация,   газопламенное    и    плазменное    напыление  принципиально   новый   метод   сверхзвуковой   электродуговой    металлизации, представляющий  комбинированный процесс  сверхзвуковой  газопламенной  и  электродуговой,  характеризуется  наибольшей  универсальностью,  производительностью  и  наивысшим  качеством  покрытия. (Приложение 1)

     Качественный  скачок  в  улучшении  служебных  свойств   газотермическое  покрытие  на  основе  алюминия  получило  благодаря  двум  новшествам:

     -  Первое    заключается    в   том,   что   в    качестве  исходного   сырья     используется  алюмокерамическая   порошковая   проволока,  разработана и  патент  Саакова А.Г..

                         Сверхзвуковой  поток  металлогазовой  струи

   -  Второе – в  использовании  в  качестве  греющей  и  разгонной  среды сверхзвукового  высокотемпературного  потока  пламени  сгорания  углеводородного  газа  с  воздухом.

     Промышленная  реализация  такой  технологии  стала  возможной  с появлением  новой  техники  сверхзвуковой  электродуговой  металлизации (установка  УСМ-5, разработана и  патент Саакова А.Г.)

Блок  управления  установки  УСМ-5

а)  образец  трубы с алюминиевым  покрытием

Блок  автономного  охлаждения  установки  УСМ-5

а)  образец  трубы с алюмокерамическим  покрытием

Первоначально алюмокерамическое  покрытие  разрабатывалось   для   защиты   корпусов   атомных  ледоколов, нефтяных  платформ  и  других  изделий,  которые  эксплуатируются  в  сильно  и  слабоагрессивных  средах  с  водородным  показателем  рН + 2 – 12  и  растворах  солей.

Особенно  эффективно  это  покрытие   защищает   конструкции   из  металлов  при   их  эксплуатации  в  морской  воде.    

     Вместе с обеспечением  долговременной  коррозионной стойкости  покрытие  обладает  высокими   механическими    характеристиками;   износостойкостью,   способностью сохранять   свои   свойства   при   гибке    и   холодной  штамповке   изделия,   эффективно защищать   сварные  швы  и в течении  всего периода  эксплуатации  деталей с покрытием  сохранять защитные  и  декоративные  свойства.

     При  напылении  на  сварные  швы   не  только  защищает  шов   от  коррозии,   но  и    придаёт   сварному   соединению   повышенную   сопротивляемость   зарождению  коррозионно - усталостных  трещин,   в  том  числе   инициируемых  при   повторно-статическом  нагружении.

     Покрытие  выдерживает  нагрев  до  450 С˚ 

 

     Ниже  приведены  эксплуатационные  характеристики  покрытий   нанесённых различными  методами -  плазменным,  эл. дуговым  и  сверхзвуковой  электродуговой  металлизацией из  порошковой  алюмокерамической  проволоки  ПП-2(ТОПАС)

     Как  видно  из  вышеуказанной  таблицы,  покрытие  полученное  методом  сверхзвуковой  электродуговой  металлизацией  обладает  самыми  совершенными  технологическими  показателями  (Приложение 1 )

МЕХАНИЗМ  ФОРМИРОВАНИЯ  ПОКРЫТИЯ:          Покрытие   композиционное,  состоит   из   алюминиевой  матрицы   с   равномерно  распределёнными    в   нём    и  металлургически   связанными  частицами   керамики,   хорошо   сцепленными   сосновой  (прочность  на отрыв  35 МПа и выше),  имеет  низкую  пористость – 0,5%.

Порошковая  проволока   ПП-4(ТОПАС)   представляет  собой  алюминиевую  оболочку  с  порошковой  керамической  начинкой.  Процесс  сверхзвуковой  электродуговой  металлизации   в   установке  УСМ-5  представляет   собой   комбинацию   электродуговой  металлизации  и сверхзвукового  газопламенного  напыления.    В  электродуговом  разряде  полностью завершаются металлургические  процессы плавления  керамики и алюминиевой  основы.           Электродуговая  часть комбинированного  процесса  обеспечивает  высокую  производительность  процесса    Расплавленный  металл  диспергируется   и   разгоняется  в  газометаллическом  двухфазном  сверхзвуковом  потоке.               Разогнанные  до  высокой  скорости  частицы  осаждаются  на  металл,  получая  монолитное  покрытие  с  высокой  степенью  когезии  и  адгезии  к  подложке.

 

     Разработанное   алюмокерамическое   покрытие  обладает      уникальным,  присущим  только  ему,   свойством.       Оно  не  является  протекторным   в  общепринятом  смысле  этого  слова.       По  своей  природе  оно  композиционное   и   состоит   из   алюминиевой  матрицы,   равномерно   заполненной   частицами   керамики    с    интерметаллидными  прослойками.                            Поскольку   покрытие   получено   методом   сверхзвукового  газотермического   напыления,  оно  имеет  малую  остаточную  пористость  порядка 0,5%.  Под    воздействием   влаги    в   первые  2 -3 месяца   эксплуатации   в   нём,   на    глубине

  2 – 3 мкм    между    алюминиевой    матрицей   и   интерметаллидными    прослойками                                                       

возникает   множество   микрогальванических      элементов,       которые       стимулируют     образование   нерастворимого  осадка.   Этот  осадок   плотно   закупоривает    микропоры,   шероховатости   и  герметизирует  покрытие,   предотвращая   доступ   агрессивной  среды 

 к  металлу  основы.    После  этого  все  электрохимические  процессы  останавливаются  и  система изолирующее покрытие – чёрный  металл будут  находиться   в  состоянии  такого   равновесия  до  какого-то изменения  внешних  условий.   Это  может  быть  механическое  разрушение  покрытия,   изменение   химического  состава   внешней   агрессивной  среды,   изменение   полярности  приложенных  потенциалов  и т.д.   После  указанных  изменений  система  алюмокерамическое  покрытие -  чёрный  металл основы  снова  перестроится.

     Таким  образом,  покрытие  работает  как  протекторное  только   в   начальный  период   эксплуатации   и  некоторое   время   после   изменения   внешних   условий,  поэтому  оно  получило  название  протекторное   пассивирующее    самозалечивающее   покрытие.   Именно   поэтому   покрытие   не  требует  дополнительной   пропитки,   превосходит  алюминиевое  по  коррозионной стойкости  более чем  в 2 раза, а по  износостойкости

 в  6-8 раз. При  пропитке  покрытия  относительно  дешевими  распространёнными  красками коррозионная  стойкость  покрытия  дополнительно  увеличивается  в  3 – 4 раза.   [3]

РЕЗУЛЬТАТЫ  ИСПЫТАНИЯ:                       

Алюмокерамическое  покрытие  по  своим  эксплуатационным    характеристикам     превосходит     лакокрасочные,     гальванические  покрытия,  покрытия,   получаемые  окунанием    в    расплав,  стеклоэмалевые,   битумно-резиновые,  полимерные  и  эпоксидные.  Защищено  патентами  Украины  и  России.

     В   АО «ОРГРЕС»   выполнены   полные   исследования   защитного   покрытия    путём  проведения  комплекса  испытаний   в   соответствии  с  «Методическими  указаниями   по  стендовым  испытаниям   антикоррозионных   покрытий  для   подземных   трубопроводов (МУ 34-70-151-86). (Приложение  )

     Испытания  по определению  износостойкости  покрытия  в  условиях  газообразивного  износа  проводили   на   центробежном   ускорителе   ЦУК-3М   при   скорости    вращения  6000 об/мин. 

     Выполненные   испытания   алюмокерамического  покрытия   в  ИЭС  им Е.О. Патона и    АО «ОРГРЕС»  Минтопэнерго России, при стендовом  моделировании  эксплуатационных   условий  работы  трубопроводов  подземной  и  подводной  морской   прокладки  показали  следующее:

-  Испытуемое   покрытие   под    воздействием   основных   эксплуатационных    факторов  старения (температуры, совместно  температуры, влаги  агрессивных  сред, электрических  потенциалов) не изменяет своих первоначальных свойств и выполняет  роль протекторной  защиты в  течении  всего  эксплуатационного  периода ( 30 – 50 лет).  Покрытие  обладает  повышенными  механическими  свойствами  и  высокой  стойкостью  против  абразивного  износа. 

     С  увеличением  толщины  покрытия   от   0  до  150мкм  защитные  свойства  покрытия  возрастают.      Зависимости  защитных  свойств  покрытия  от   его  толщины   в  пределах  150 – 400мкм  не  выявлено

     На  основе  выполненных  испытаний  в  «Типовую  инструкцию  по  защите  тепловых  сетей  от  наружной  коррозии»  РД 34.20.518-95,  введённой  в  действие с 01.01.1996г.  включено  алюмокерамическое  покрытие.