A megfelelő bevonatok kiválasztásával minimalizálható az eróziós korrózióból adódó felületi károsodás, és biztosítható a berendezés produktív hosszú élettartama.
Eróziós korrózió: bevonatok és egyéb megelőző intézkedések
Egyszerűen fogalmazva, az eróziós korróziót a folyadékrészecskék és a szilárd felületek közötti relatív mozgás okozza korrozív környezetben. Mivel a korróziónak ez a formája a légi közlekedésben és más iparágakban található kritikus berendezéseket érinti, már a tervezési szakaszban megelőző intézkedésekre van szükség az ilyen károsodások minimalizálása érdekében . A bevonatok fontos szerepet játszanak az eróziós korrózió miatti felületi károsodás minimalizálásában.
Az eróziós korrózió elsősorban a fémes hordozón a korróziós károsodás mértékének súlyosbodása a korrozív folyadékrészecskék és a szilárd felület közötti relatív mozgás következtében. A folyadékellátó rendszerben a nagyobb sebességeknél fellépő lokális turbulencia – amelyet a cső belső felületein fellépő korai eróziós lyukképződés okoz – az eróziós-korróziós sebesség gyors növekedését, végül veszélyes szivárgásokat okozhat. Ezt tovább súlyosbíthatja a hibás beszerelés és a megmunkálási hibák. Mivel a kezdeti erózió a fémfelületen lévő védőfóliák elvesztéséhez vezet, idővel nagyon magas korróziós arány figyelhető meg. Erózió akkor is előfordulhat, ha a folyadék elsősorban statikus, és a mozgó berendezés részei részben vagy teljesen bemerülnek a folyadékba.
A homokot tartalmazó kőolajat szivattyúzó olaj- és gázkutak gyakran szembesülnek a csővezetékek és berendezések alkatrészeinek eróziós károsodásával. Az eróziós korrózió gyakran megfigyelhető alumíniumötvözeteken és rézötvözeteken is. A folyadéksebesség bizonyos küszöbértékeinél a folyadékrészecskék elkezdik feltörni a védőfóliát, és gyors ütemben megindul a korrózió. Ezek a könnyebb ötvözetek védőfóliát képeznek enyhén nedves és korróziónak kitett környezetben. A folyadéksebességnek van egy határértéke, amely felett az eróziós károsodás és a kapcsolódó korrózió nagyon gyorsan felgyorsul. A részecskesebesség által kiváltott ilyen típusú korróziót általában „eróziós korróziónak” nevezik, amely magában foglalja az elektrokémiai fémoldódást és a részecskék becsapódása miatti mechanikai támadást . A folyadék ebben az esetben folyadékokat és gázokat is tartalmaz.
Az eróziós korrózió mechanizmusa
Az eróziós-korróziós mechanizmus a következőképpen magyarázható:
Tömegszállítási típusú fémveszteség, ill.
A fémveszteség fázistranszport típusa
Tömegszállítási típusú fémveszteség esetén a fém-folyadék határfelületen a konvektív tömegátviteli sebesség határozza meg az eróziós korrózió sebességét. Például, ha az acél az oldott oxigént tartalmazó víz áramlása miatt erodálódik, az oxigén konvektív áramlása határozza meg a kezdeti fémveszteséget, és az oxigén diffúziós sebessége a rozsdarétegben határozza meg a későbbi fémveszteséget. Ilyen esetekben a fémveszteség általában egyenletes a felületen.
Fázistranszport típusú fémveszteség esetén a hordozó nedvesítési sebessége a korrozív folyadék folyadékfázisával és gőzfázisával határozza meg a fémveszteséget. A nedvesítést a folyadék gőzfázisának és folyadékfázisának áramlási sebessége határozza meg. Egy erőműben például kazáncsövek esetében a vízfázis elválik a gőzfázistól, és az áramlás turbulenciája növeli az eróziós korróziót a kazán egyes zónáiban.
A védőfóliák vagy a bevonatrétegek kezdeti támadásait teljes mértékben az áramlás sebessége és turbulenciája, valamint a szennyező részecskék okozzák. Ez csak akkor fordulhat elő, ha a folyadék sebessége meghaladja a kritikus értéket. Az áramlás által generált károsodás további helyi nyomáslökéseket és nagy nyírófeszültségeket hoz létre a felületen. A romlást súlyosbítja a buborékok felrobbanása, valamint a kavicsos részecskék és a forró gázgőzök mozgása.
Az eróziós korrózió hatással van a kritikus üzemi berendezésekre is.
A gőzturbinák áramtermelését befolyásolhatja az eróziós korrózió, amely a turbinák rotorlapátjaiba ütköző vízcseppek miatt következik be. A magas hőmérsékletű turbó-tágítók – amelyeket teljesítmény-visszanyerésre terveztek – a részecskék becsapódásától szenvednek, ami a turbina hatásfokának csökkenését okozza.
Erózió a kavitáció miatt
Az eróziós korrózió speciális kategóriájaként kezelhető a kavitáció miatti állapotromlás. Ez az alkatrészek fémes felületein és a csövek belső kerületén lévő gőzbuborékok összeomlásának és bombázásának az eredménye. A szivattyú szívásánál, a hidraulikus működtető bemeneteknél és a kör egyéb pontjain kialakuló alacsony nyomású zónák gőzbuborékok képződését idézik elő, amelyek később összeomlanak azon a ponton, ahol a cső belső átmérőjének csökkenése miatt megnő a folyadéknyomás. Az a nyomás, amelyen a folyadék elpárolog, a hőmérséklettől és a folyadék tulajdonságaitól függ.
A kavitáció a védőfóliák hirtelen tönkremenetelét okozza a folyadékban felrobbanó gőzbuborékok miatt. Ezek az ütközések erős vibrációt és erős lökéshullámokat okozhatnak. Ezek a felületi károsodások közvetlen közelében éles szélű gödröknek tűnhetnek.
Elhasználódás figyelhető meg a nagy sebességű folyadék-ellátó rendszer alkatrészeinek és alkatrészeinek, például a szivattyúelemeknek, járókerekeknek, csöveknek, vezérlőszelepeknek, csőhajlatoknak, valamint a téglalapoknak és működtetőelemeknek a részein.
Mérnöki megközelítés az eróziós korrózió megelőzésére
A korrekciós és megelőző megközelítés a következőket foglalhatja magában:
Tervezési módosítások a folyadékáramlás minimális turbulenciájának biztosítására, például:
A szivattyú szívócsövek átmérőjének növelése, ahol csak lehetséges (a buborékképződés csökkentése érdekében), valamint más csövek belső átmérőjének növelése.
A szívócsövek hosszának csökkentése a nyomásesések csökkentése érdekében.
A rendszer újratervezése az áramlási sebesség és a turbulencia csökkentése érdekében; biztosítsa a nettó pozitív szívómagasságot.
Csökkentse a csőcsatlakozások számát a szívóoldalon.
Karbantartási erőfeszítések az ízületekből, különösen a szívóoldali csatlakozások szivárgásának ellenőrzésére; megfelelő hézagtömítéseket és tömítéseket használjon.
Szabályozza a szemcsés szennyeződések, nedvesség és légbuborékok bejutását.
Használjon szűrőket és szűrőket vagy kondicionálókat (centrifugákat), hogy minimalizálja a szennyeződéseket a folyadékokban.
Szükség szerint szereljen be folyadékhűtőket.
Hagyja a folyadékot leülepedni egy ülepítő tartályban, hogy a víz és a levegő eltávolítható legyen, valamint az iszap és az emulzió, ha van, el lehessen választani.
Válasszon eróziós korrózióálló anyagokat, amelyek kompatibilisek a környezettel.
Használjon bevonatokat és egyéb felületkezeléseket.
Fontolja meg a katolikus korrózió elleni védelmet.
Amikor a megoldások bármilyen kombinációját elfogadjuk, a megoldás általános hatását és a hosszú távú teljesítményhatásokat a költséghatékonyság mellett kell megvizsgálnunk.
Általában tanácsos lamináris áramlást biztosítani a rendszerekben. A durva belső felületek és a korlátozások elősegítik a turbulenciát. Az áramlási irány hirtelen megváltozása elkerülhető.
A tartályok bemeneti és visszatérő csöveit úgy kell elhelyezni, hogy az áramlás ne érje a tartály falait.
Szükség esetén terelőlapok használhatók.
A csövek és szerelvények igazításának pontosnak kell lennie.
A részecskék becsapódását viselő terelőlemezek könnyen cserélhetők legyenek.
Mágneses dugók használhatók a folyadékok vas- és acélszemcséinek elkülönítésére.
A sűrített levegős közüzemi rendszerekben vízcsapdákat lehet használni, hogy lehetővé tegyék a nedvesség elválasztását a sűrített levegőtől a rendszerelemek eróziós korróziójának szabályozása érdekében.
A bevonat alkalmazásának szempontjai
A bevonat megelőző megoldásként történő alkalmazásakor tanulmányozni kell a bevonat kompatibilitását a felhasznált folyadékkal és a felületekkel. A gyárilag felvitt bevonatrétegeket ki kell egészíteni az in situ bevonattal. A bevonat kiválasztásánál figyelembe kell venni a következőket:
A részecskék becsapódásának súlyossága
Becsapódási szög
A környezet maró hatása
Erózió elleni védelem biztosítása
Eróziót okozó részecskék mérete
Hőmérséklet-képesség eldönteni a bevonási eljárás alkalmasságát
Az aljzat egyéb tulajdonságai
Az alkalmazási technikát a következők alapján választják ki:
Az alapfelület tulajdonságai
A bevonat szükséges vastagsága
Aljzat maszkolása bevonat előtt
Gazdaságosság és egyszeri eljárási költség
Bevonatok tesztelése
Az eróziós korrózióálló bevonatot általában megvizsgálják és tesztelik:
Erózióállóság az ASTM G76 szerint
Kopásállóság Taber kopásszimulált teszttel
Homoksugaras teszt a homokszemcsék erózióállóságára
Vízsugár eróziómérés
Rugalmassági teszt, például mikropenetrációs és ütési tesztek
A bevonat vastagságának egyenletessége
Kavitációs erózióállóság az ASTM G32 szerint
Bevonó ünnepek , ha vannak
A bevonat kötési szilárdsága
Bevonatanyag sűrűsége
A bevonófólia keménysége
Keményfém és nitrid bevonatok
A precíziós alkatrészekre felvitt bevonatok a következők:
Volfrámkarbid bevonatok
Króm-karbid bevonatok
Titán-nitrid bevonatok
A karbidokat általában oxidáció- és erózió-korrózióállóságra használják. Lángpermetezési technikákat alkalmaznak a volfrám-karbid fémekre porózus bevonatként történő felvitelére. A porozitást kerámiával vagy polimerekkel töltik ki. A nagy sebességű oxi-üzemanyag technikát alkalmazzák a volfrám-karbidnak az alkatrészek felületére való bevonására is. Magas hőmérsékletű szuperszonikus gázáramot használnak arra, hogy vastag lerakódást hozzanak létre a komponens hordozóján. Ez a bevonat csiszolható és szuperfinom polírozott rétegig kidolgozható.
A kemény volfrám-karbid és a kerámia típusú bevonatok esetében is plazma bevonási technikát alkalmaznak. Ennél a technikánál az argongázt részben elektromos íven keresztül ionizálják, ami forró gázláng áramlást hoz létre. Volfrámkarbid port vagy kerámiaport fecskendeznek a forró gázlángba. A plazmabevonó pisztoly elektronikus vezérlőkkel vagy robotokkal vezérelhető a bevonandó alkatrész konfigurációjának igényei szerint.
A titán-nitridet repülőgépekben és űrhajókban használják kis szögű erózió elleni védelemre.
A króm-karbid bevonatokat nagyon magas hőmérsékleten az erózió elleni védelemre használják.
A volfrámkarbid bevonatok erózióvédelmet és korrózióvédelmet biztosítanak magasabb hőmérsékleten, szélsőséges eróziós körülmények között.
Kerámia bevonatok
Az alumínium-oxid-kerámia bevonatok, valamint a króm-oxid-kerámia bevonatok gazdaságos alternatívaként használhatók könnyűfémötvözetek erózióvédelmére. A cirkónium-oxid kerámiákat magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz használják, például a forró gázturbina lapátok hegyei az eróziós korrózió elleni védelem érdekében.
A cermet bevonatokat a gőzturbinák eróziójának és az etiléngázokat kezelő kompresszorok elszennyeződésének csökkentésére használják. Edzett alumínium-kerámia bevonatokat használnak, hogy minimalizálják a kemény részecskék erózióját vizes környezetben. A speciálisan kialakított kerámia bevonatok korrózióállóak a vegyiparban és más feldolgozóiparban magasabb hőmérsékleten kezelt vegyi anyagokkal szemben.
A polimer-alumínium-kerámia bevonatokat széles körben használják a repülésben. Esőerózióvédelmet biztosítanak az alumíniumötvözet felületek számára. A kemény eloxált rétegek helyettesítésére is szolgálnak . Hatékonyak az esőcsepp-korrózió és erózió ellen, és tömített bevonatként kerülnek felhordásra. Sima, aerodinamikus tömítésű kerámia-alumínium bevonatokat alkalmaznak a kadmium-nikkel diffúz bevonatok helyett a repülőgépek gázút-alkatrészeinek bevonására.
A fém-alumínium-kerámia bevonatrendszerek, amelyeket a kadmium bevonat helyett alkalmaznak az acélfelületeken, erózióvédelmet biztosítanak erősen savas vegyi környezetben, például SO 2 gáz esetén. Nagy szilárdságú acélok, valamint alumíniumötvözetek bevonataként használják őket.
A molibdén-diszulfidot (MoS 2 ) erózió elleni védelemre és beragadásgátló alkalmazásokra használják. A fémmel töltött polimereket alumínium és magnéziumötvözet felületek erózió- és korrózióvédelmére használják.
Kerámiával töltött epoxi rendszer
Az epoxigyantákat különböző típusú nyersanyagok összekeverésével állítják elő a szükséges tulajdonságokkal rendelkező epoxi rendszer kialakításához, mint például:
A film erőssége
Tapadás
Kötési idő
Rugalmasság
Vízállóság
Kopásállóság
Kémiai ellenállás
Az epoxicsoport és az amincsoport molekuláinak együtt kell reagálniuk ahhoz, hogy hőre keményedő térhálós gyantarendszert tudjanak kialakítani .
A kerámia töltetű epoxigyantákat bevonatként használják a vegyipari feldolgozóiparban a súlyos eróziós korróziónak kitett felületek védelmére. Az ilyen bevonatok kemény kerámiarészecskéket tartalmaznak az epoxi kötőanyagban, így olyan kerámia kompozitokat hoznak létre, amelyek kiváló vegyszerállósággal és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a bevonatokban lévő kemény kerámia részecskék a folyadékokban lévő szennyeződésekkel dörzsölődnek anélkül, hogy erodálódnának, így biztosítva a bevonat és az aljzat hosszú élettartamát.
A kerámiával töltött epoxi bevonat korlátja a problémás felhordási módja. Általában nem alkalmazható a permetező rendszerben. Az epoxigyanták és a használt keményítők maró hatásúak vagy ragadósak lehetnek a bőrön. Ezért az epoxigyanták és a bevonatok kezelésekor nitril gumikesztyűt kell használni (a kesztyű alatt védőkrémmel és pamuttal együtt).
Az epoxidokat magas hőmérsékletű erózióálló alkalmazásokhoz is használják a légi közlekedésben, az olaj- és gáziparban, a vegyiparban, az autóiparban és más kritikus technológiai iparágakban. Az epoxiba töltött kerámia mikrogömbök szilárdságot és kivételes tapadást biztosítanak a fémes felületeken, jó korrózióállósággal, valamint kopás-erózió elleni védelemmel.
Ezeket tengeri alkalmazásokban is használják a ballaszt- és víztartályok eróziójának csökkentésére. A szivattyú alkatrészeire, a csövek belső felületére és a szelepekre felvitt szabadalmaztatott epoxibevonatokat úgy tervezték, hogy javítsák a szivattyúzás hatékonyságát az egyenletes áramlás biztosításával, valamint az erózió és a helyi turbulencia okozta veszteségek csökkentésével. Speciálisan kialakított epoxi rendszereket használnak azon részek bevonására, amelyek magas hőmérsékleten folyamatosan vegyszerekbe merülnek.
A fémkerámia kompozitokat nagy értékű korrodált és erodált fémalkatrészek helyreállítására is használják. A javítással helyreállíthatók az erodált motorok, sebességváltók, csapágyak, hengerblokkok, bélések, burkolatok és karimák.
Poliuretánok és egyéb bevonatok
A poliuretán bevonatokat a repülőgépek ütési területeinek bevonására használják a vezető élekkel együtt. Hatékonyak az esőerózió, valamint a kavicsos részecskék eróziója ellen. Ellenállnak a foszfát-észter hidraulikafolyadékoknak és bizonyos jégoldó vegyszereknek is. A járdákhoz speciálisan kialakított poliuretán bevonatokat is használnak.
A vegyiparban és a petrolkémiai iparban megkövetelt extrém vegyszerállóság érdekében fluorpolimer bevonatokat, például etilén-klór-trifluor-etilént (ECTFE) alkalmaznak.
Bevonatok kavitációhoz
Számos folyadékkezelő rendszerben a kavitáció is hozzájárul a fémveszteséghez, valamint a normál részecskeerózióhoz. A fém alkatrészekre felvitt flexibilis poliuretán vagy flexibilis epoxibevonatok csökkentik a kavitáció által kiváltott korróziót azáltal, hogy elnyelik az összeomló buborékok és nyomáslökések által felszabaduló energiát.
Következtetés
A szisztematikus mérnöki megközelítés elengedhetetlen a kritikus berendezési eszközök eróziós korróziójával kapcsolatos problémák megoldásához. A tervezési módosítás minimálisra csökkentheti az áramlás turbulenciáját, így a legtöbb esetben minimálisra csökkenti az eróziót és a kavitációt. A megfelelő bevonatok kiválasztásával minimalizálható az eróziós korrózióból adódó felületi károsodás, és biztosítható a berendezés produktív hosszú élettartama.