Разработан экономичный метод нанесения латунного покрытия на детали для нефтегазовой отрасли, судостроения и авиации

Новости МирТесен

Специалисты из Сколтеха (входящего в группу ВЭБ.РФ) впервые применили холодное напыление низкого давления для нанесения композитного покрытия из латуни с добавлением упрочняющих частиц на стальной элемент. Данный метод более экономичен, экологичен и позволяет проводить выездной ремонт при обслуживании инфраструктурных объектов. Покрытия на основе латуни применяются для увеличения ресурса подшипников и других металлических деталей в промышленности, в авиационной и морской технике, на железнодорожном транспорте, буровых установках и при эксплуатации газопроводов. Исследование опубликовано в журнале Results in Engineering.

Нанесение латунных покрытий увеличивает долговечность металлических деталей благодаря их способности противостоять трению, вибрации и коррозии. Эти покрытия находят применение в авиационной и морской отраслях, при сборке буровых колонн, трубопроводов и рельсов, а также в промышленных станка для защиты направляющих и других элементов, испытывающих трение.

Существуют два основных подхода к нанесению данных покрытий: гальванизация и холодное газодинамическое напыление. Последний включает в себя методы, различающиеся по давлению – высокое и низкое. Гальванизация предполагает применение больших, неподвижных резервуаров, а также дорогостоящего и объемного оборудования для электрохимического осаждения. В процессе производства возникают сточные воды, содержащие тяжелые металлы, и другие опасные токсичные отходы.

Холодное напыление под высоким давлением предъявляет повышенные требования к используемому оборудованию. При высокой температуре и давлении частицы меди и цинка с большой скоростью сталкиваются с поверхностью детали и привариваются к ней. Сопутствующий нагрев увеличивает вероятность нежелательного влияния на стальную основу и окисления латунного покрытия.

Холодное напыление низкого давления не подвержено этим ограничениям, однако до настоящего времени не применялось для создания композитных покрытий на основе латуни. Это было связано с тем, что технология не позволяла получать покрытия с достаточной однородностью: на отдельных участках поверхности фиксировалось избыточное количество меди, в то время как на других – цинка. В результате получалось не сплав латуни, а скорее медно-цинковая смесь, что оказывало неблагоприятное воздействие на характеристики покрытия. Специалисты из Лаборатории газотермического нанесения функциональных покрытий Центра технологий материалов Сколтеха нашли решение этой проблемы, продемонстрировав тем самым возможности ранее неиспользованного метода, обладающего значительными преимуществами.

«Благодаря специальной подготовке исходных материалов нам удалось добиться равномерного нанесения латунного слоя, — делится ведущий автор исследования, аспирант программы „ Математика и механика“ Ирина Тумбусова, Сколтех. – Как правило, для холодного напыления используют три вида порошка: медь, цинк и дополнительный компонент, служащий для повышения прочности, например, корунд. В ходе нашей работы порошки меди и цинка прошли механическое легирование, что привело к формированию сплава латуни до начала процесса напыления».

Механолегирование – это технология, позволяющая объединить различные материалы в сплав без использования высокотемпературной обработки. В процессе порошкообразные компоненты подвергаются интенсивному измельчению в высокоэнергетической мельнице. Многочисленные удары приводят к деформации, фрагментации и межчастичному свариванию, что со временем обеспечивает более равномерное распределение элементов и гомогенизацию структуры.

Предварительная подготовка исходных материалов, рекомендованная учеными, позволяет в полной мере использовать все достоинства технологии холодного напыления с низким давлением. В частности, это снижает воздействие на экологию, уменьшает вероятность перегрева детали и окисления наносимого слоя – благодаря более низкой температуре процесса. Кроме того, метод оказывается экономически выгоднее по сравнению с другими решениями, поскольку для его реализации требуется более простое и компактное оборудование, что также дает возможность выполнять ремонтные работы непосредственно на промышленных и инфраструктурных объектах с использованием выездной бригады.