Новые стойкие к коррозии и холоду материалы, которые можно использовать на магистральных трубопроводах в Арктике и Антарктике, разработала группа ученых Тюменского индустриального университета (ТИУ). Полученные в лабораторных условиях образцы имеют уникальные эксплуатационные свойства. Помимо применения в условиях Крайнего Севера, они подойдут для строительства высотных домов, мостов, подземных сооружений и тоннелей.
По итогам первого этапа исследований ученые получили новую фазу железа с необычными свойствами, которые встречаются только в осколках железных метеоритов. Иностранные ученые для получения нового материала предлагают использовать сверхвысокие давления и температуры, но в ТИУ нашли свой способ.
«Если высоким давлением обрабатывать феррит (материал, представляющий собой соединение оксида железа с оксидами других металлов), то происходит фазовый переход из альфа в эпсилон, то есть перестройка кристаллической решетки. Из кубической решетки получается плотная гексагональная, имеющая наноструктурное строение. Мы в лабораторных условиях получили эту самую гексагональную фазу с помощью специальной установки высокочастотного переменного тока. По имеющимся у нас сведениям, в настоящее время наноструктурный материал с фазой эпсилон-железо (ε-Fe) в технических целях практически не используется из-за сложности технологий и неустойчивости фазы при нормальных условиях. Поэтому нашей задачей является ее сохранение в течение длительного времени», — рассказала руководитель исследования, доктор химических наук Ирина Жихарева.
Полученный материал имеет уникальные свойства. Если обычный феррит — ферромагнетик (вещество, для которого характерна самопроизвольная намагниченность), то его эпсилон-фаза совершенно не магнитная, имеет особые электропроводные свойства и микротвердость, превышающую мировой уровень. Такое покрытие на магистральных трубопроводах увеличивает срок эксплуатации и повышает их коррозионную стойкость в холодной морской воде.
«Мы предлагаем использовать наше покрытие для обычной углеродистой стали Ст3. Долговечность материала при использовании нашей модификации, по теоретическим прогнозам, увеличивается до 50 лет. За 10 лет в лаборатории, по нашим наблюдениям, на образце не обнаружено никаких изменений. Новизна разработанного нами покрытия в использовании нового метода получения — метода высокочастотного переменного тока и нормальных условий осаждения. За десятилетие, что мы публикуемся, ни одной подобной статьи в мире больше не было», — подчеркнула Ирина Жихарева.
По окончании проекта ученые планируют создать полупромышленную установку для получения покрытий с оптимальным содержанием наноструктурного материала с фазой эпсилон-железо и ферросплавов, а также разработать комплекс технических решений по повышению эксплуатационных характеристик нефтегазопромыслового оборудования.