Использование металлических конструкций и материалов неизбежно приводит к поиску решений по защите их от разрушений, износа и трения. Особо актуален этот вопрос при эксплуатации трубопроводов. Защита металла от коррозии в условиях агрессивного влияния среды на металлоконструкции, трубы, запорную арматуру, элементы трубопроводов, штоки, отводы и другие детали постоянно совершенствуется. Один из способов обработки, рассматриваемый ранее в основном в плоскости теории, – эпиламирование. По мнению некоторых ученых, это самое простое, доступное и эффективное решение физико-химического воздействия на поверхности. Оно не только обеспечивает защитный эффект, но и наделяет структуру новыми свойствами, изначально ей не присущими.
Что такое эпиламы и чем они помогут при коррозии?
Коррозия существует везде, где обрабатываются и эксплуатируются металлические изделия, конструкции. Она появляется вследствие самовозникающих реакций окисления-восстановления, ведущих к разрушению металлов, сплавов и других материалов при их взаимодействии с окружающей средой. В основном это газы, вода, жидкость в почве, окружающая атмосфера.
Влажные грунты разрушают подземные трубопроводы, основания зданий и других конструкций, эксплуатируемых в почве, газо- и нефтепроводы. Поэтому потери металла от почвенной коррозии намного превосходят убытки от других ее видов. Эпиламирование как раз и обеспечивает термодинамическую устойчивость поверхностей к определенным компонентам окружающей среды.
Эпиламы – это фторсодержащие поверхностно-активные (смазочные) вещества или материалы (фтор-ПАВ), существенно снижающие износ деталей механизмов, конструкций и поверхностей трубопроводов. По сути, это растворы перфторированных ПАВ во фторорганических растворителях. При нанесении таких составов образуется молекулярная пленка. Она такая тонкая, что не обнаруживается ни визуально, ни при помощи обычного микроскопа и остается на поверхности даже после испарения растворителя.
После обработки поверхности отмечается:
- снижение скольжения, взаимного трения;
- возможность сохранения эксплуатационных свойств в интервале рабочих температур от -200 до +400°С;
- повышение износостойкости;
- улучшение антиадгезии;
- обретение стойкости поверхностей к атмосферной коррозии;
- улучшение влагозащиты.
Другими словами, эпиламирование обеспечивает термодинамическую устойчивость материалов к определенным компонентам, находящимся в окружающей их среде.
Факторы, вызывающие коррозию трубопроводов и металлоконструкций
В основном причина разрушений металлоконструкций и труб в разъедании ржавчиной. Она может возникнуть при контакте металла с грунтовыми или поверхностными водами, применением малоэффективной антикоррозийной защиты, неэффективной вентиляции. Коррозийные процессы – поверхностные. При отсутствии трещин внутри металла не развиваются. Поэтому защита строительных конструкций от коррозии при помощи нанесения поверхностных защитных покрытий очень важна, так как дополнительно еще создает гидрофобность, а при внутренней обработке труб – снижает потери уровня напора в трубопроводах.
Наиболее характерные факторы ржавления следующие.
- Температура и водородный показатель воды. Повышение температуры ускоряет скорость коррозии.
- Содержание кислорода в жидкости. Металл труб интенсивно разрушается в кислой среде при рН < 4,3 и практически, не корродирует при рН > 4,3 и при отсутствии в воде растворенного кислорода.
- Парциальное давление диоксида углерода. Находящаяся в подземных водах свободная углекислота (СО2) создает среду, в которой при одинаковом рН и pСО2> 0,2 МПа разрушение протекает более интенсивно.
- Минерализация жидкости. В ней растворенные соли становятся электролитами. Чем выше их концентрация, тем больше электропроводность и стремительнее разрушение.
- Давление. Чем оно выше, тем активнее процесс гидролиза и растворимость СО2.
- Активность микроорганизмов. Анаэробные бактерии преобразуют сульфаты в сульфиды – стимуляторы коррозии.
Коррозия в трубопроводах различных типов
Причины повреждений связаны с характеристиками агрессивной среды. С нею соприкасаются внешние и внутренние поверхности труб. Коррозия бывает химическая (в среде, не проводящей электроток) и электрохимическая (в водном растворе). Внешняя и внутренняя. Водопроводные системы, как правило, поражаются комплексно:
- внутренние дефекты стенок трубопровода – питтинги, сквозные язвы, микроскопические отверстия в стенках труб – развиваются под воздействием транспортируемых веществ;
- наружные дефекты усугубляются за счет вляиния внешней сред.
Скорость процессов зависит от химического состава жидкости, уровня рН, температуры, давления, содержания кислорода, микроорганизмов, сульфитов, способа прокладки труб. На воздухе имеет место атмосферная коррозия. В случае однородности структуры и свойств металла, она почти не влияет на появление сквозных повреждений, в отличие от подземного расположения. Почти все виды трубопроводов в слое почвы разрушаются одинаково. Основные виды повреждений:
- микробиологические – в среде, пораженной бактериями;
- почвенные электрохимические;
- связанные с блуждающими токами (от источника – постоянного или переменного);
- растрескивание под напряжением – характерно для магистральных газопроводов.
Последствия коррозии на трубопроводах и металлоконструкциях
Особенно важна защита трубопроводов от внутренней коррозии, которая может длиться годами. Ее разрушения постепенные. Они усложняют условия эксплуатации оборудования, провоцируют появление специфических загрязнений воздуха и воды. Кроме экономического урона, корродирование металла приводит к таким негативным результатам:
- незапланированные ремонты;
- убытки от временного прекращения работ инженерных систем;
- потери металла;
- износ труб – местами достигает 45%;
- уменьшение их сечения – до 50%;
- производственные аварии;
- ухудшение качества воды в системе;
- утечка жидкости или газа из трубопроводов;
- разрушение зданий и конструкций;
- порча оборудования;
- внутреннее разрушение трубопроводов;
- загрязнение продукции;
- потеря мощностей;
- незапланированные затраты на замену металлоконструкций или их частей, а также купить трубу профильную или круглую взамен поврежденной.
Своевременное использование эпиламов позволит избежать большей части этих возможных отрицательных последствий. Ремонт или реконструкция действующих трубопроводов сопровождается нанесением защиты на сварные стыки труб, фасонные части (повороты, колена и др.), а также на места повреждений в трассовых условиях эксплуатации.
Как работают эпиламы
Молекулярные пленки, не меняя структуры и геометрических размеров обрабатываемых поверхностей, значительно их модифицируют. Различные виды фтор-ПАВ обладают антифрикционными, антиадгезионными, защитными и другими полезными характеристиками. Процесс взаимодействия с обрабатываемой поверхностью выглядит так. Покрытия с высокой проникающей способностью наполняют микротрещины, поры. Дегазируют их, не дают концентрироваться напряжениям. Конструкция становится более неуязвимой для разрушения. Сформировавшийся слой ориентированных молекул в корне меняет энергетические реакции на поверхностях тел. Молекулы эпилама вступают во взаимодействие с электронами там, где нарушена кристаллическая решетка. Образуется совместные соединения высокой степени сцепления.
Для закрепления на поверхности многофункциональной пленки толщиной 1-10 нм оптимальным считается температурный диапазон +38°С…+110°С. Нанесение покрытия на металлопрокат перекрывает доступ кислороду к стальной оболочке труб или металлоконструкций, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.
Отличительные особенности эпиламов
Существует несколько модификаций фтор-ПАВ. Отличаются они свойствами и областью применения. Отдельные поверхностно-активные вещества разработаны специально для защиты изделий из сталей, сплавов и цветных металлов от воздействия агрессивных сред – воды, пара, тумана, растворов солей и щелочей. Антикоррозийные свойства обеспечивают добавленные в состав фтор-ПАВ ингибиторы коррозии.
В зависимости от решаемой задачи используются различные виды эпиламов:
- облегчающие процесс протяжки, гибки, штамповки;
- снижающие трение;
- защищающие от влаги;
- увеличивающие износостойкость;
- герметизирующие микрощели;
- коррозионно-защитные.
Молекулярные пленки не смываются водными растворами и нефтепродуктами, не горят. Они не токсичны, работают в высокоагрессивных средах.
Рекомендации по эпиламированию металлоконструкций и трубопроводов
Долговечность металлоконструкций и газоходов, эффективная защита трубопроводов от внешней коррозии и внутренних разрушений во многом зависит от использования технологий, антикоррозийных мероприятий и качества материалов. Эпиламирование относится к пассивному типу защиты. Оно открывает новые возможности сохранения узлов гидравлики и пневматики, увеличения межремонтного периода, снижения материальных и энергетических затрат на эксплуатацию и ремонт конструкций и трубопроводов. При этом поверхности намного дольше сохраняют эксплуатационные свойства в температурном поле от –120 до +520 °С. Решаются вопросы залипания и заедания в указанном диапазоне температур. Положительно зарекомендовали себя эпиламирующие составы в защите сплавов и ЛКП от атмосферной и солевой коррозии, особенно в труднодоступных местах.
Качественная адгезия пленки с металлической поверхностью труб будет достигнута только при чистоте их поверхности во время нанесения. Применение фтор-ПАВ позволяет расширить возможности обслуживания узлов гидравлики и пневматики, увеличить межремонтный период. После эпиламирования резиновых уплотнительных колец гидрозажимов удается повысить ресурс их работы в 7–8 раз. Фторполимерные структуры не оказывают химического влияния на прокладки, сальники, уплотнения, узлы запорной арматуры и т.д.
Результаты применения эпиламов в промышленности
В последнее время эпиламирование занимает уверенные позиции в ряде отраслей промышленности, техники и науки. Использование фтор-ПАВ позволяет увеличить долговечность, надежность механизмов, снизить величину износа трения, повысить ресурс работы деталей машин. Благодаря уникальным физико-химическим характеристикам покрытия все больше используются для таких целей:
- фиксация смазки в заданном положении на поверхностях трения в деталях приборостроения;
- защита от плесени;
- обработка вырубных штампов и волок;
- защита металлических конструкций от коррозии;
- создание антиадгезионых покрытий на пресс-формах для пластмассовых и резиновых изделий;
- придание деталям свойств гидрофобности;
- повышение устойчивости резинотехнических изделий в реактивных средах;
- уменьшение коэффициента трения в трибологических узлах;
- эффективная защита печатных плат, сплавов.
Молекулярные пленки отлично себя зарекомендовали в ряде военно-космических и гражданских проектов, препятствуя воздействию радиации, окислению и перегреву в летательных аппаратах. Возможность использования в широком диапазоне температур значительно расширяет их возможности.
Эпиламы для защиты от коррозии все больше находят применение в различных отраслях промышленности, в том числе в Западной Европе, Японии, Китае. Насущная задача отечественных металлопроизводителей – обеспечить достаточный уровень коррозионной стойкости стальных изделий, в том числе за счет использования подобных нанопокрытий. Обращайтесь, и мы поможем Вам купить металл или взглянуть по-новому на решение старых проблем.
