Энергетика

Причина низкого ресурса лопаток и других элементов конструкций турбин, в значительной степени связана с повреждениями, вызванными эрозионным износом, которые появляются при эксплуатации турбин в виде трещин, являющихся следствием концентрации напряжений, вызванных каплеударной эрозией. Изнашивание входных и выходных кромок рабочих лопаток, вследствие эрозионного воздействия парового потока, появление недопустимых дефектов на рабочих лопатках (трещины, точечные и линейные сквозные промывы и пр.) приводят к необходимости замены рабочих лопаток, то есть к дополнительным затратам.

В последние годы на рынок защитных покрытий была выведена технология комбинированных минеральных покрытий, разработанная в НПЦ «Технология минеральных покрытий» («Научно-производственном объединении «Геоэнергетика»), которая лишена многих недостатков известных технологий, а параметры износостойкости, коррозионной стойкости, антифрикционные свойства, особенно для работы в агрессивной среде, значительно превосходят лучшие результаты, созданные традиционными способами. Технология позволяет создавать износостойкие минеральные покрытия на металлических деталях больших размеров без изменения их геометрии; не требует специальных ванн, печей, вакуумируемого пространства; в процессе формирования покрытия не происходит перегрев детали, что исключает поводки; является финишной операцией, не требующей изменения чертежей.

         Совокупность физических процессов технологии создаёт возможность повышения износостойкости деталей пар трения от 3 до 10 (до 50 раз) раз по сравнению с традиционными методами, позволяет деталям с минеральным покрытием работать при температуре до 1300 С, морской воде, сероводороде, абразивной среде, больших термоциклических нагрузках. Технология осуществляет защиту от изнашивания деталей эксплуатируемых механических систем любого назначения, повышает их ресурс и снижает энергопотребление за счёт максимального устранения механических потерь в машинах и механизмах.

         Минеральные покрытия были созданы НПО «Геоэнергетика» на металлических деталях, которые успешно функционируют в составе спецтехники ВМФ России, плавучей атомной электростанции «Академик Ломоносов», Камчатской (Мутновской) геотермальной станции, ТЭЦ ОАО «Мосэнерго».

         Учитывая принципиальную возможность повышения износостойкости и антикоррозионной стойкости свойств металлических деталей, работающих в экстремальных условиях эксплуатации рабочих лопаток турбин (агрессивная воздушная среда, вода, масло, повышенная температура) некоторые предприятия уже используют технологию минеральных покрытий для повышения ресурса рабочих лопаток турбин.

Сущность технологического процесса состоит во внедрении нанокомпозитных материалов в кристаллическую решетку металла. При совокупности использования ультрадисперсных минеральных порошков и воздействия ультразвукового индентора, формируется нанокомпозитная структура поверхности, имеющая упорядоченные фрагменты по составу и размерности, достигается контролируемое, в зависимости от назначения, изменение механических характеристик материала нанокомпозитного покрытия и основного материала детали.

Технология формирования минерального покрытия заключается в процессе нанесения минерального слоя на поверхность детали с помощью ультразвуковой установки, с одновременным пластическим деформированием поверхностных слоев при помощи шариковых или роликовых накаток, а также процессов, охраняемых в режиме ноу-хау. Использование напрессовки (приложение давления) создает эффект объемного сжатия основного металла и минерала в зоне пластической деформации, и, как следствие этого, упрочнение объема поверхностного слоя. Технология может включать электродуговой массоперенос микрочастиц металла для создания твердосплавной подушки.

В результате в поверхностном слое формируются наноструктурные композиты, имеющие прогнозируемые свойства (антифрикционные, износостойкие, противозадирные) из-за уменьшения среднего размера кристаллитов и уплотнения материала основы.

Базовая технология служит основой для дальнейшей разработки маршрутных и рабочих технологий для различных поверхностей, деталей различной массы и размеров для энергетического машиностроения.

 

Литература:

1.         Kislov S.V., Kislov V.G., Balasch P.V., Skazochkin A.V., Bondarenko G.G. and Tikhonov A.N. Wear resistance of a metal surface modified with minerals / Materials Science and Engineering, / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 110 (2016). Электронный доступ: [http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/110/1/012096/pdf]

2.         Кислов С.В., Кислов В.Г., Сказочкин А.В., Бондаренко Г.Г., Тихонов А.Н. Эффективные минеральные покрытия для упрочнения поверхности металлических материалов/ Металлы, 2015, №4, с.56-63.

3.         Балаш П.В., Кислов С.В., Сказочкин А.В. Малое инновационное предприятие: возможности развития технологии и масштабирования бизнеса, журнал «Инновации», 2015, №12, с.95-105.