Ученые Университета МИСИС доказали эффективность новых износостойких покрытий на основе карбида тантала, актуальных для создания более прочного и надежного промышленного оборудования в нефтегазовом секторе, подверженного значительному износу при воздействии абразивных частиц.
Исследователи сравнили два метода нанесения покрытий: магнетронное напыление (МН) и электроискровое легирование (ЭИЛ). Оба метода характеризуются высокой эффективностью. Применение магнетронного распыления для нанесения покрытий Ta–Zr–Si–B–C обеспечивает высокую чистоту и качество покрытий. Этот метод позволяет обрабатывать изделия сложной формы при сохранении их габаритов и не требует дополнительной постобработки, что особенно важно для деталей запорной арматуры. В свою очередь, метод электроискрового легирования позволил получить многокомпонентные покрытия TaC–Fe–Cr–Mo–Ni толщиной 50 мкм, характеризующиеся повышенной адгезионной прочностью.
«Одна из основных проблем производства — износ. Поэтому для увеличения срока службы деталей, работающих в условиях воздействия трения и различных видов износа, достаточно упрочнить их поверхность твердыми нанокомпозитными покрытиями путем магнетронного напыления и электроискрового легирования с помощью специально разработанных электродных материалов и катодов-мишеней. Разработанные покрытия могут быть рекомендованы для защиты узлов и агрегатов нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, насосов в гидросистемах, сельскохозяйственных машин, объектов морской инфраструктуры и так далее», — рассказал доктор технических наук Филипп Кирюханцев-Корнеев, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий, заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН.
По словам младшего научного сотрудника лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН, кандидата технических наук Марии Фатыховой, нанесение покрытий на стальные элементы запорной арматуры увеличивает их срок службы до 70 процентов по сравнению с изделиями без покрытия. Производственные испытания проводились в ООО «Предприятие «Сенсор» под руководством доктора технических наук Виктора Кузнецова.
«Благодаря нанокомпозитной структуре, состоящей из нанокристаллитов карбида тантала, расположенных в аморфной матрице на основе дисилицида тантала, покрытие характеризуется высокой твердостью 28 ГПа и низким износом <10–7 мм3/(Н·м)», — прокомментировала кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН Алина Чертова.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что оптимальные концентрация карбида тантала, структура материала, толщина и однородность покрытия, а также наиболее эффективные режимы поверхностной обработки обеспечивают лучшую износостойкость в реальных условиях эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры.
«Ученые Университета МИСИС на протяжении многих лет занимаются разработками, которые впоследствии находят применение во многих отраслях национальной экономики. Одна из наших ключевых задач, как признанного лидера в области материаловедения в стране, – радикально сократить срок создания материалов с заданными свойствами, что ускорит их внедрение в производство.
Новые покрытия на основе карбида тантала, разработанные исследователями вуза под руководством заведующего кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий, директора Научно-учебного центра СВС МИСИС-ИСМАН, доктора технических наук, профессора Евгения Левашова, будут востребованы в тяжелой индустрии – например, нефтегазовой промышленности, машиностроении, металлургии. Их применение может значительно повысить износостойкость оборудования», – сказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда. Ранее ученые представили покрытия для космических аппаратов.
