


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.