Найден способ повысить износостойкость стали в агрессивной среде
В морской отрасли, судостроении и обустройстве прибрежной инфраструктуры используют большое количество механизмов, подверженных износу в условиях контакта с соленой водой. Например, насосы, винты, лебедки, задвижки. Многие подобные детали, по словам специалистов, изготавливают из коррозионно-стойких сталей, содержащих в составе помимо железа такие элементы, как, например, хром, никель или молибден.
Однако у такой защиты есть и обратная сторона, объяснили эксперты. Коррозионную стойкость обеспечивает тончайшая, всего несколько нанометров, пленка на поверхности стальных деталей, которая формируется самостоятельно подобно пленке оксида алюминия на изделиях из алюминия. Она изнашивается, если деталь оказывается в условиях трения. Поэтому необходимо защитить ее и вместе с этим повысить твердость поверхностного слоя.
Ученые разработали покрытие, которое удовлетворяет всем необходимым требованиям и сможет защитить пленку: идеальная адгезия (сильное сцепление покрытия с деталью), высокая твердость и значительная толщина. Оно представляет собой осыпь из тантал-циркониевых карбидов, закрепленных в металлическом слое. Когда трение отсутствует, карбидные частицы практически не влияют на коррозионную стойкость, а когда оно есть – механически защищают пленку. По мнению специалистов, упрочнить верхний слой материала часто выгоднее и эффективнее, чем совершенствовать саму деталь.
«Представьте себе насос для перекачки воды. Львиная доля этих устройств ломаются из-за трибокоррозионного износа вала в зоне сальникового уплотнения. После этого вода попадает в приводной электродвигатель и выводит его из строя. Разработанное твердое покрытие на этой части вала турбины может кардинально увеличить ресурс всего насоса. Защита критических поверхностей всегда выгоднее, чем придание всей детали выдающихся свойств. Иногда второе даже невозможно», – прокомментировал старший научный сотрудник кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ «МИСиС» Константин Купцов. Исследование опубликовано в журнале Wear.
Для нанесения защитного покрытия ученые использовали метод электроискрового легирования, напоминающий сварочный процесс. Данный способ давно известен, однако специалисты НИТУ «МИСиС» предложили проводить обработку в вакууме. Это обеспечивает защиту от окисления и кардинально улучшает качество покрытия. Предложенная технология защищена двумя патентами, отметили исследователи.
В дальнейшем специалисты планируют придать покрытиям водоотталкивающие свойства и исключить контакт металлических поверхностей с коррозионной средой. Это значительно облегчит задачу подбора наиболее твердых составов для защиты от износа и поможет решить проблему обрастания льдом в полярных широтах.
«Основное назначение разрабатываемых покрытий – это объекты морской и прибрежной инфраструктуры. Тем не менее, эти покрытия могут найти применение и в других областях, например, в городском хозяйстве и транспорте, где износ и коррозия под действием антигололедных препаратов также является существенной проблемой. Защита от коррозии и износа косвенно связана и с безопасностью, так как снижает риск различных аварийных ситуаций из-за поломок оборудования», – отметил Купцов.
Работа выполнена в рамках проекта Российского Научного Фонда «Разработка твердых гидрофобных покрытий, предназначенных для защиты объектов морской и прибрежной инфраструктуры от трибокоррозионного, абразивного и кавитационного износа».
Материал предоставлен пресс-службой НИТУ «МИСиС»