Традиционная аустенитная сталь (один из типов нержавеющей стали) популярна в нефтепереработке благодаря своей пластичности, коррозионной стойкости и доступной цене. Однако в условиях химически агрессивной среды и постоянного воздействия абразивных частиц (например, песка в потоке воды) материал разрушается. Истирание поверхностного слоя, которое специалисты сравнивают с воздействием «миллиона ножей», значительно сокращает срок службы оборудования — порой до сотен часов вместо запланированных тысяч.
Для решения этой задачи новосибирские ученые применили метод электронно-лучевой наплавки. С помощью мощного промышленного ускорителя электронов ЭЛВ-8 на поверхность стали наносили специальный порошок на основе боридов железа и хрома.
«Промышленный ускоритель генерирует мощный непрерывный электронный пучок, которым мы обрабатываем поверхность материала вместе с помещенным на него модифицирующим порошком. Мы можем создавать на материале более толстый поверхностный слой — до нескольких миллиметров, лишенный пор и отличающийся высокой металлургической адгезией, то есть сцеплением с основой», — объяснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Михаил Голковский.
Эффективность новой технологии подтвердили в Институте гидродинамики СО РАН. В ходе испытаний образцы подвергали воздействию мощного потока воды с частицами оксида алюминия и песка. Упрочненная сталь продемонстрировала вдвое большую устойчивость к гидроабразивному износу. Кроме того, покрытие показало высокую эффективность при контакте с агрессивными кислотными растворами, используемыми при экстренной очистке нефтедобывающего оборудования.
«Мы испытали наше покрытие в коррозионной среде, воссоздав условия воздействия аварийных растворов. Когда в оборудование попадает порода, используют растворы кислот: плавиковой, серной, соляной, азотной. Такая смесь быстро растворяет породу, но может разъесть и сам механизм. Наш образец оказался в два раза более коррозионностойким в сравнении с обычной нержавеющей сталью», — пояснила доцент кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ Евдокия Бушуева.
Метод новосибирских ученых выгодно отличается от лазерной наплавки или плазменного напыления. Ускоритель обеспечивает высокую производительность и работает в атмосфере, а не в вакууме, что существенно упрощает технологический процесс и снижает затраты.