Газопламенное напыление

Применение плакированных  порошков дало возможность ввести в  покрытие материалы, которые не поддаются  напылению (не пластифицируются или  возгоняются), создать целую гамму  различных композиций, обеспечивающих получение высококачественных покрытий. Конгломерирование (агломерирование) исходных порошков на связках спеканием, прессованием с последующим дроблением обеспечило еще более широкие  возможности получения газотермических  покрытий за счет реализации межфазных  и химических процессов в частицах при их нагреве и нанесении  на подложку.

Однако самой плодотворной идеей, связанной с разработкой  и напылением композиционных порошков, явилось использование при нанесении  покрытий эффекта экзотермического взаимодействия компонентов частицы  с образованием новых соединений при значительном тепловыделении, обеспечивающем в условиях напыления дополнительный разогрев порошка в момент формирования покрытий. С 1963 г. за рубежом начался промышленный выпуск основного композиционного экзотермически реагируемого порошка Ni-А1, в настоящее время выпускаемого в виде плакированных никелем частиц алюминия (порошок А1 – 80% Ni) и никелевых частиц, конгломерированных алюминием (порошок Ni – 5% А1). Другой тип порошков – металлотермитные порошки, которые начали разрабатываться авторами с 1970 г. Кроме того, проведено значительное количество исследований в области получения плакированных и конгломерированных порошков различных состава и назначения, изучения процесса их напыления и анализа свойств покрытий различного назначения.

 

Композиционные  порошки

Одной из существенных особенностей газотермического напыления порошков является возможность управления составом, структурой и соответственно свойствами покрытий за счет применения различных  порошковых композиций с широким  интервалом соотношения компонентов, в качестве которых могут выступать  металлы, сплавы, оксиды, карбиды, бориды, нитриды, сульфиды, графит (алмаз), твердые  смазки и т.д.

Применение для этих целей  механических смесей имеет ряд существенных недостатков, главным из которых  является сегрегация компонентов при  смешивании, транспортировании их смеси  из дозирующих устройств в струю, а также в процессе самого напыления. Сегрегация приводит к неравномерности  формирования структуры, пористости, снижению прочности, и в ряде случаев эксплуатационных характеристик покрытий. Кроме того, при напылении механических смесей происходит окисление некоторых  компонентов. Наличие в смеси  порошков с различными гранулометрическим составом, формой, плотностью, теплопроводностью, температурой плавления приводит к  неравномерности нагрева отдельных  частиц в полете, ускорения, затвердевания, кристаллизации и в конечном счете  не способствует достижению положительных  результатов. В связи с этим и  начали развиваться методы изготовления порошков, обеспечивающие наличие в  каждой частице комплекса всех исходных компонентов. При этом все частицы  порошка имеют одинаковые массу, химический состав, плотность, теплопроводность и т.д. Для достижения этого применяемые  способы дают возможность получать порошки плакированного и конгломератного  строения. Такие порошки будем  называть композиционными порошками.

Плакирование  порошков.

Среди существующих методов  плакирования дисперсных материалов, используемых для получения напыляемых композиционных порошков, первым был  использован метод восстановления никеля или кобальта из их солей  водородом. Этот метод в настоящее время используется зарубежными фирмами–изготовителями порошков для напыления. Однако при использовании взрывоопасного водорода необходимо соблюдать особые требования к оборудованию, что осложняет эксплуатацию, а очистка сливов требует дополнительных затрат.

В отечественной практике для получения никель-алюминиевого композиционного порошка разработан метод контактного никелирования, основанный на реакции восстановления никеля алюминием,

3NiCl₂ + 2А1 = 2А1С1₃ + 3Ni.

К его недостаткам относятся  возможность получения только одного вида композиционного порошка (Ni-А1), потребность в чистых реактивах (NiCl₂), наличие HF в сливах производства (HF используется для удаления оксидной пленки с частиц алюминия).

Нанесение металлических  покрытий на частицы порошков методом  испарения или конденсации в  вакууме находитсяв настоящее время на стадии лабораторных испытаний. Существующее оборудование пока малопроизводительно, довольно сложно по устройству и в эксплуатации.

Конгломерирование порошков.

Методы плакирования и  конгломерирования в технологии получения композиционных порошков для газотермического напыления  во многих случаях должны сравниваться по их технико-экономическим показателям. В этом случае конгломерирование  часто оказывается в более  предпочтительном положении.

Из общего числа существующих методов конгломерирования в  практике получения композиционных порошков для напыления покрытий использованы методы формирования конгломератов  с использованием неорганических и  органических связок, прокатки порошковых смесей, предварительного спекания и  дробления полученных спеков, а также  метод самораспространяющегося  высокотемпературного синтеза (СВС).

Метод получения композиционных порошков для газотермического напыления  с применением связующих веществ  в настоящее время приобретает  все более преимущественное развитие. Это связано в первую очередь  с возможностью создавать таким  путем композиции на основе комбинации любых компонентов. Кроме того, технологические  варианты его осуществления отличаются простотой и экономичностью. Принцип  работы смесителей для конгломерации  состоит в совмещении непрерывного перемешивания объема, заполненного смесью исходных порошков и связующего вещества, с удалением растворителя связки сушкой.

 

Применение.

Коррозия технологического оборудования — одна из самых серьезных  проблем, с которой сталкиваются нефтеперерабатывающие предприятия, поскольку затраты при повреждениях и авариях огромны: по причине  возникшей коррозии нередко возникают  взрывы и пожары. Установлено, что  общемировые расходы нефтяной промышленности на борьбу с коррозией составляют 3.7 миллиардов долларов в год.

В 2003 году российская компания "Технологические Системы Защитных Покрытий" предложила новое решение для защиты внутренней поверхности колонн-абсорберов путем нанесения антикоррозионного износостойкого покрытия методом газотермического напыления. Для этого совместно с ВНИИГАЗ была проведена работа по определению коррозионной стойкости ряда материалов, нанесенных различными методами напыления. По результатам испытаний была выбрана высоколегированная нержавеющая сталь, нанесенная методом высокоскоростного газопламенного напыления.

В рамках контракта "ТСЗП" с "Газпром Добыча Астрахань" была разработана технология и изготовлен уникальный роботизированный комплекс для нанесения защитного покрытия методом высокоскоростного газотермического напыления внутренних поверхностей колонн без их демонтажа.

По результатам контроля за период более чем трехлетней эксплуатации колонн-абсорберов, отремонтированных  методом газотермического напыления, был сделан вывод о прекращении  процесса коррозионно-эрозионного  износа, который составляет менее 0,1мм по сравнению с 8-10мм в год для  колон без покрытия.

В процессе работы колонн регулярно  проводятся наблюдения за поведением покрытия, и по результатам работы первых колонн была выявлена возможность  развития подпленочной коррозии в нижней части колонны - в районе жидкой фазы. В связи с этим нами были проведены дополнительные исследования во ВНИИГАЗ, по результатам которых была предложена новая композиция, которая представляет собой двуслойное покрытие (табл.1) с подслоем менее склонным к развитию подпленочной коррозии. Применение двуслойного покрытия позволило увеличить межремонтный интервал покрытия с 3 до 5 лет.

Таблица 1. Характеристики защитного  покрытия.

	Подслой ТСЗП-ВС-016.45	Основное покрытие ТСЗП-ВС-013.45
Хим. состав покрытия	Fe Cr Ni B Si C	Fe Cr Ni Mo Si C
Толщина	100+20 мкм	100+20 мкм
Пористость	Менее 1%	Менее 1%
Микротвердость	650…800 HV	500…570 HV
Прочность сцепления	Более 70 МПа	Более 70 МПа

Несмотря на то, что технология высокоскоростного газопламенного напыления обеспечивает получение  покрытия без сквозной пористости, существует объемная пористость, которую желательно также закрывать. Для этой цели применяют различные пропитывающие составы на эпоксидной, акриловой или фторполимерной основе, имеющие низкую вязкость и высокую проникающую способность. Пропитывающий состав наносят после напыления всей поверхности кистью, валиком или распылителем.

На сегодняшний день данная технология защиты внутренней поверхности  адсорберов включена как обязательная в регламент ежегодных планово-предупредительных  ремонтов, произведено напыление  всех колонн абсорберов, используемых в "Газпром Добыча Астрахань", на двух колоннах проведено ремонтное  напыление.

Экономический эффект заказчика  составил несколько сотен миллионов  рублей за четыре года работы. Эффект складывается из следующих факторов:

• Сокращение затрат на приобретение новых колонн (ранее колонна подлежала замене каждые 6 лет).
• Сокращение затрат на монтажные/демонтажные и пусконаладочные работы.

Технология и метод  ее применения одобрены органами технического надзора России, имеются согласования от проектных организаций, положительные  отзывы заказчиков. В настоящее время  ведутся работы по исследованию применения наноструктурированных покрытий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Журнал «Коррозия ТНГ»  № 1(9) 2008 Защита от коррозии нефтегазового оборудования и сооружений методами газотермического напыления.
2. Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. Коррозия и защита от коррозии / Под ред. И. В. Семеновой. - М.: Физматлит, 2002. - 336 с.
3. Балдаев Л. Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. - М., 2004. - 134 с.