Хімія і хімічні технології/1

К.т.н., доц. Пашинський Л.М., к.т.н. Гарматюк Р.Т.

Кременецька обласна гуманітарно-педагогічна академія

ім. Тараса Шевченка, Україна

ДОСЛІДЖЕННЯ КАВІТАЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ ПОЛІМЕРКОМПОЗИЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ

 

Деталі та вузли обладнання нафтової промисловості працюють в умовах одночасного гідроабразивного руйнування і дії хімічного агресивного середовища, високих та низьких температур, високих швидкостей і контактних тисків, а також динамічних навантажень. Це супроводжується складними фізико-хіміко-механічними процесами, що виникають при мікроударній дії рідини на поверхню твердого тіла.

Для ефективного захисту відповідальних вузлів насосних установок магістральних трубопроводі від зношування розроблений полімер композиційних матеріал (і технологія одержання покриттів із нього) на основі модифікованих епоксидних в’яжучих і тугоплавких з’єднань карбіду титану з оксидом алюмінію, який володіє високою адгезією, міцністю та стійкість до гідроабразивного та кавітаційного зношування, а також корозії в нафтовому та інших агресивних середовищах. Перевагою композиційного матеріалу є можливість формування з нього покриттів з покращеним мікрорельєфом поверхні, який забезпечує покращення гідродинамічних характеристик, що сприяє підвищенню коефіцієнта корисної дії та зниження енергозатрат насосних установок при перекачуванні нафти та нафтопродуктів.

Розробка захисних антикорозійних полімерних покриттів з покращеними властивостями пов’язана з дослідженням полімернаповнених систем, одержаних на основі дисперсного тугоплавкого наповнювача і полімерної матриці.

На даний час одним із основних способів є підбір зносостійкості матеріалів і покриттів за даним порівняльних лабораторних досліджень за допомогою установок, які моделюють процес кавітаційно-ерозійного зношування [1,2].

У даній роботі досліджувалися покриття з полімерною матрицею на основі епоксидної смоли ЕД-16, а в якості наповнювача використовувалася суміш, що складається з карбідів тугоплавких металів зернистістю 20-100 мкм. Були випробувані покриття з різним вмістом наповнювача. У таблиці наведено результати випробувань полімеркомпозиційних покриттів. Композиції 6 і 7 не містили наповнювача. Композиція 6 складалася з вяжучого - епоксидної смоли ЕД-16 і каучуку СКН-26-1, а композиція 7 - тільки з епоксидної смоли ЕД-16.

Випробування проводили на установці з магнітострикційним вібратором (МСВ) при частоті коливань зразків 22 кГц і амплітудою 40 мкм. Середовище - 3%-ний водний розчин NaCl. Температура розчину на протязі всього досліду підтримувалася в межах 20 °С. У всіх дослідах бічні поверхні зразків ізолювались клеєм БФ-6.

Таблица

№ композиції

1

2

3

4

5

6

7

Вміст наповнювача, %

190

130

230

170

270

-

-

Час пробою τп, хв

50

35

40

37

20

30

25

Загальний час роботи шару τзаг, хв

60

75

115

62

45

60

60

 

Внаслідок того що покриття складалися з композицій, які містять компоненти в різних співвідношеннях, що відрізняються щільністю, основним параметром оцінки зносостійкості покриття була його довговічність, яка визначалася щодо зміни потенціалу зразків протягом випробувань. Оцінкою загального часу працездатності покриття τзаг служив час від початку випробувань до моменту різкої зміни потенціалу зразка з покриттям, після досягнення нею потенціалу, рівного потенціалу зразка без покриття (рис. 1). Одночасно контролювали втрату маси покриттів зважуванням зразків на аналітичних вагах АДВ-200М.

Випробування показали, що по досягненні часу τзаг у всіх випадках від 80 до 100% площі зразка були вільні від покриття і подальша зміна потенціалу характеризувала процес кавітаційного руйнування основного матеріалу зразка. На частині покриття спостерігалися виразки, раковини, проникаючі аж до основного металу зразка.

Загальна працездатність шару покриття визначалася також часом пробою шару τп, який фіксується на кривій φ-τ (рис. 1).

Рис. 1. Кінетика зміни потенціалу і втрати маси зразка залежно від часу проведення випробуванні в 3%-ому розчині NaСl

(f = 22 кГц, амплітуда 40 мкм, температура 20 °С).

 

Для оцінки впливу корозійного чинника при мікроударном навантаженні використовували потенціостатичний метод дослідження кінетики протікання електрохімічних процесів [6]. На рис.1 показана кінетика зміни потенціалу покриття, а також кінетика втрат маси зразків.

З наведених даних видно, що композиції 1-3 володіють найбільшою відносною довговічністю як за часом пробою шару τп, так і за його загальною працездатністю τзаг, що пояснюється раціонально підібраним гранулометричним складом наповнювача. Композиції 1-3 можуть бути ефективні при помірному ступені кавітації в рідині з наявністю абразивних частинок, що часто зустрічається в практиці експлуатації гідромашин.

Композиція 6 володіє значними пружними властивостями, внаслідок чого відбувається істотне гасіння жорсткості впливу механічного фактора навантаження. Це пов'язано, мабуть, із застосуванням як пластифікуючої добавки полімерної матриці нітрильного каучуку СКН-26-1.

На основі композиції 3 після відповідного коригування розроблена полімерна композиція, яка може використовуватися для захисту деталей, конструкцій від гідро- і газоабразівного зносу і корозії. Покриття на її основі можуть працювати в інтервалі -15 ... +80 °С в агресивному середовищі, що містить сірку, кисень, водень і близько 0,3% механічних домішок про розміром часток не більше 0,3 мм.

В результаті досліджень встановлено, що зносостійкість полімеркомпозиційного покриття приблизно в 3,5 разу вище, ніж сталі 20 Л. Виробничі випробування робочих коліс із захисним покриттям, показали, що к.к.д. насосів збільшується на 2-3%, а також збільшується в 1,5 рази міжремонтний період.

 

Література

1.       Житовский Л.С. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы / Л.С. Житовский, Л.А. Смойловская – М.: Машиностроение,1986. – 224 с.

2.       Миличенко С.Л. Ремонт кавитациониых разрушений гидротурбин / Миличенко С.Л. – М.: Енергия, 1971. – 104с.

3.       Белый В.И. Применение потенциостатического метода при эрозионном изнашивании металлов / В.И. Белый, А.И. Некоз. // Пробл. трения и изнашивания: [Респ. межвед. науч.-техн. сб.] – 1977. – Вып 11. – С. 44—45.