Испытан экономичный способ напыления латуни на детали нефтегазового оборудования, кораблей, самолётов

Учёные из Сколтеха (группа ВЭБ.РФ) впервые нанесли композитное покрытие на основе латуни с упрочняющими частицами на стальную деталь методом холодного напыления низкого давления. Эта технология дешевле альтернатив, меньше вредит окружающей среде и может применяться выездной ремонтной бригадой при обслуживании инфраструктурных объектов. Латунные покрытия используются для продления срока службы подшипников и других металлических деталей на производстве, в авиации, на флоте, железных дорогах, буровых установках и газопроводах. Исследование опубликовано в журнале Results in Engineering.

Латунные покрытия повышают срок службы металлических деталей, защищая их от трения, вибраций и коррозии. Такие покрытия применяются в авиационной и морской технике, при соединении сегментов буровых колонок, трубопроводов, рельсов, а также в промышленных станках для защиты направляющих и других подверженных трению частей.

Есть два способа нанесения таких покрытий: гальванизация и холодное газодинамическое напыление, причём второй подразделяется на методы высокого и низкого давления. Гальванизация требует использования крупных стационарных ёмкостей и другого дорогостоящего и громоздкого оборудования для электрохимического осаждения покрытий. При этом образуются сточные воды с тяжёлыми металлами и другие высокотоксичные отходы.

Холодное напыление высокого давления тоже требовательно к оборудованию. В условиях высокой температуры и давления частицы меди и цинка на большой скорости ударяются о поверхность детали и привариваются к ней. Сопутствующий нагрев повышает риск нежелательного воздействия на саму стальную деталь и окисления латунного покрытия.

Холодное напыление низкого давления лишено этих недостатков, но до сих пор не использовалось для нанесения композитных покрытий на основе латуни из-за того, что этим методом не удавалось получить покрытие с высокой степенью однородности: на какие-то участки поверхности оседало больше меди, на другие — цинка. В итоге покрытие представляло собой скорее медно-цинковую смесь, чем латунный сплав, и это негативно отражалось на его свойствах. Учёные из Лаборатории газотермического нанесения функциональных покрытий Центра технологий материалов Сколтеха решили эту проблему, раскрыв тем самым потенциал ранее недоступного метода с массой преимуществ.

«Нам удалось получить однородное латунное покрытие за счёт особой предобработки сырья, — рассказывает первый автор исследования, аспирант программы „Математика и механика“ Сколтеха Ирина Тумбусова. — Обычно сырьём в методе холодного напыления выступают три порошка: медь, цинк и какая-то укрепляющая добавка, например корунд. В нашем случае порошки меди и цинка были подвергнуты механическому легированию, благодаря чему ещё до начала напыления образовался сплав латуни».

Механолегирование порошка — это способ смешать материалы и получить сплав без плавления в печи. Порошки долго и сильно перемалывают в высокоэнергетической мельнице, и из-за многократных ударов частицы деформируются, дробятся, «свариваются» друг с другом, постепенно становясь более однородными по составу.

Предложенная исследователями предобработка сырья делает доступными все преимущества метода холодного напыления низкого давления. В частности, уменьшается негативное воздействие на окружающую среду, снижается риск перегрева детали и окисления напыляемой поверхности — за счёт более низкой рабочей температуры. Притом метод дешевле альтернатив из-за использования более простого и компактного оборудования, что также позволяет проводить ремонт на промышленных и инфраструктурных объектах силами выездной бригады.

Источник: Пресс –служба Сколтеха