Способ защиты от коррозии металлической поверхности

Изобретение относится к машиностроению, точнее к технологиям защиты металлов от коррозии, и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости в условиях эксплуатации при больших контактных и сдвигающих нагрузках. Способ включает нанесение на металлическую поверхность защитного покрытия с последующей модификацией прилегающего к покрытию слоя основного металла глубиной не менее 0,2 мм и созданием между модифицированным слоем и покрытием пограничного подслоя, содержащего как модифицированную структуру, так и вещество защитного покрытия.

 

Изобретение относится к машиностроению, точнее к технологиям защиты металлов от коррозии, и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости изделий из углеродистых сталей в условиях эксплуатации при больших контактных и сдвигающих нагрузках.

Известен способ защиты металлической поверхности изделий из углеродистых сталей от коррозии, включающий нанесение защитного покрытия (см. “Конструкционные материалы”. Справочник под общей редакцией Б.И.Арзамасова, М., Машиностроение, стр.474, 1990).

Недостатком данного способа является невысокая коррозионная стойкость поверхности в условиях больших контактных и сдвигающих нагрузок, приводящих к образованию трещин в защитном покрытии и даже к его отслоению от основного металла.

Целью предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости защищенной поверхности в условиях больших контактных и сдвигающих нагрузок, создающих напряжения величиной до 90% от предела текучести материала.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем нанесение на поверхность защитного покрытия, после нанесения защитного покрытия высокоэнергетическим источником тепла модифицируют прилегающий к покрытию слой основного металла глубиной не менее 0,2 мм, а между покрытием и модифицированным слоем создают пограничный подслой, содержащий как модифицированную структуру, так и вещество защитного покрытия.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

На поверхность защищаемого изделия любым известным способом, например осаждением из соляного раствора, наносится защитное покрытие, например, фосфат марганца. Затем его подвергают воздействию высокоэнергетическим источником тепла, например лазерной установкой. Плотность мощности излучения не должна превышать 5×10 Вт/м для исключения возможности расплавления основного металла и нарушения при этом целостности защитного покрытия. При воздействии лазерного луча на поверхность происходит быстрый разогрев зоны воздействия с последующим быстрым охлаждением путем отвода тепла вглубь основного металла за счет его теплопроводности. Таким образом, происходит закалка основного материала на определенную глубину, зависящую от плотности мощности излучения и скорости перемещения луча по поверхности, с образованием мартенситной структуры, обладающей повышенной твердостью и прочностью. Глубину модифицированного, т.е. закаленного, слоя подбирают опытным путем, исходя из величин действующих на поверхность контактных нагрузок, но не менее 0,2 мм, потому что меньшие значения не обеспечивают достаточной прочности и жесткости модифицированного слоя для защиты от местных деформаций, приводящих, в свою очередь, к возникновению трещин в защитном покрытии.

Происходящий при воздействии луча на поверхность рост температуры усиливает диффузионные процессы в зоне разогрева, приводя, тем самым, к взаимному обмену веществом между модифицированным слоем и защитным покрытием и образуя пограничный подслой, в котором содержатся как модифицированная структура, так и вещество защитного покрытия. Наличие пограничного подслоя усиливает адгезию защитного покрытия с основным металлом и приводит к лучшему сопротивлению отслаивания покрытия при воздействии на защищаемую поверхность больших сдвигающих нагрузок, повышая и коррозионную стойкость поверхности.

Повышается коррозионная стойкость поверхности, также, при воздействии больших контактных нагрузок, нормальных к поверхности, вследствие ее меньшей деформации, обусловленной наличием модифицированного слоя с повышенной прочностью толщиной не менее 0,2 мм. Меньшая деформация поверхности определяет, в свою очередь, меньшую деформацию защитного покрытия, способствующую сохранению целостности покрытия.

Полученный эффект повышения коррозионной стойкости является тем неожиданнее, что известные технологии лазерного термоупрочнения углеродистых сталей (см., например, А.Г.Григорьянц, А.Н.Сафонов “Основы лазерного термоупрочнения сплавов”. М., Высшая школа, 1988) без плавления поверхности обусловливают образование неоднородности структуры после лазерного воздействия, что является предпосылкой для ухудшения коррозионной стойкости металла.

Предлагаемый способ компенсирует указанный недостаток созданием условий для сохранения целостности предварительно нанесенного защитного покрытия, которое, при этом, эффективно выполняет свои функции по предотвращению возникновения и развития коррозионных процессов в основном металле.

Пример.

Десять муфт для насосно-компрессорных труб, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 633-80, покрытых фосфатом марганца при их выдержке в ванне с раствором соответствующих солей и подвергнутых лазерной обработке вышеописанным способом, участвовали в опытно-промышленной эксплуатации при капитальном ремонте нефтяных скважин на Северном месторождении АО “Варьёганнефтегаз” г. Радужный Ханты-Мансийский автономный округ. Предлагаемым способом были обработаны только внутренние резьбовые поверхности муфт. В течение трех месяцев эксплуатации трубы вместе с муфтами периодически складировались под открытым небом, где подвергались действию атмосферных осадков. Время хранения на складе составляло не менее одного месяца. В результате все поверхности труб и муфт, как незащищенные (наружные поверхности труб), так и фосфатированные (включая резьбовые участки других муфт, эксплуатировавшихся вместе с десятью опытными), оказались покрытыми сплошным слоем ржавчины, тогда как ни на одном из десяти резьбовых участков с лазерной обработкой не было обнаружено даже следов коррозии.

Эти результаты получены после того как муфты 25 раз подвергались операциям свинчивания-отвинчивания с трубами с моментом затяжки 150 кГм при последующем после свинчивания воздействии осевым усилием величиной 33-37 тонн. Длительность воздействия составляла от десятков минут до десятков часов.

Способ защиты от коррозии металлической поверхности изделий из углеродистых сталей, включающий нанесение на нее защитного покрытия, отличающийся тем, что после нанесения защитного покрытия высокоэнергетическим источником тепла модифицируют прилегающий к покрытию слой основного металла глубиной не менее 0,2 мм, а между покрытием и модифицированным слоем создают пограничный подслой, содержащий модифицированную структуру упомянутую и вещество защитного покрытия.