ПОКРЫТИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА ПРИВОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАПОРНОЙ И РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ
COATING FOR APPLICATION ON DRIVING ELEMENTS OF STOP AND CONTROL VALVES

Изобретение относится к машиностроению, в частности к покрытиям для восстановления и упрочнения запорной и регулирующей арматуры.
Запорная и регулирующая арматура электростанций и другого оборудования топливно-энергетического комплекса эксплуатируется в условиях воздействия широкого спектра повреждающих факторов: эрозии при каплеударном воздействии, кавитации, абразивной эрозии, коррозии, включая и коррозионное растрескивание под напряжением, высоких контактных давлений в узлах трения, которые вызывают утечки рабочей среды, преждевременную, частичную или полную потерю герметичности, заклинивание и отказы при регулировке, являющиеся причинами возникновения серьезных аварий.
Э
Анализ отказов энергоблоков N=300…800 МВт показывает, что причины большого количества вынужденных аварийных остановов энергооборудования, связанные с выходом из строя арматуры можно разделить на следующие группы:
- пропуск среды через сальниковые уплотнения ~40%остановов;
- разрушение запорных узлов (шпинделей, обойм, тарелок) ~30%;
- остальное ~30%.
В процессе эксплуатации электрических станций детали запорной арматуры больше всего подвергаются опасности при остановке и пуске установок. При этом детали запорной арматуры, зачастую, используются для дросселирования, что приводит к резкому повышению износа регулирующих органов запорной арматуры. Очень опасным является вскипание потока рабочей среды и образование парожидкостной смеси, при этом объем рабочей среды резко возрастает. Это создает подпор и противодавление за арматурой, что приводит к развитию эрозионных процессов и тяжелым повреждениям арматуры, хотя первоначальные расчеты такой возможности не показывали.
Среди наиболее распространенных видов покрытий можно выделить следующие: покрытия на основе Co, Fe; покрытия, включающие карбиды, нитриды, бориды, силициды, оксикарбиды, оксинитриды металлов, керамические, металлокерамические покрытия; покрытия из Al. Также есть сведения о нанесении на детали запорной арматуры аморфных покрытий.
Из уровня техники известно техническое решение, в котором описано покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры (RU, патент РФ №2199613 C2, C25D 11/06, опубликовано 27.02.2003). Согласно данному решению на детали запорной арматуры способами напыления наносится алюминиевое покрытие, которое в дальнейшем упрочняется методом микродугового оксидирования, в результате чего формируется слой оксидной керамики, обладающий высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Недостатками данного способа является высокая пористость функционального слоя покрытия (до 8%), что снижает уровень его коррозионной стойкости, а также ограничения по работе в условиях высоких контактных давления, что обусловлено невысокой твердостью алюминиевого подслоя.
Задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является получение покрытия, которое лишено указанных недостатков, обладает необходимой износостойкостью, коррозионной стойкостью и возможностью длительной работы в условиях высоких контактных давлений и склонности к скалыванию.
Техническим результатом изобретения является увеличение возможности работы покрытия в условиях высоких контактных давлений и склонности к скалыванию за счет увеличения пластичности, повышение коррозионной стойкости покрытия, снижение финансовых издержек по нанесению покрытия за счет применения подслоя на основе железа.
Технический результат достигается тем, что покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры представляет собой двухслойную систему, состоящую из подслоя и основного слоя, причем подслой представляет собой высоколегированную сталь, содержащую по массе: не более 18% хрома, не более 14% никеля, не более 3% молибдена, не более 0,1% углерода, а основной слой представляет собой материал, содержащий металлокерамическую фазу в матрице из сплава на основе никеля, содержащий по массе: не более 28% железа, не более 52% хрома в различных соединениях, никеля не более 15%, кремния 1,0…1,3%, бора 1,0…1,3%, углерода не более 0,8%.
Подслой предназначен для восстановления геометрии заготовок до номинальных размеров при нанесении покрытия при ремонте-восстановлении, а также для увеличения пластичности и коррозионной стойкости двухслойного покрытия. Химический состав материала обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости за счет содержания в материале хрома до 18% и никеля до 14%. Высокая пластичность материала обусловлена тем, что в составе имеется до 65% железа, при этом концентрация углерода не превышает 0,1%, в результате чего в материале практически отсутствуют фазы, повышающие твердость и снижающие пластичность.
Основной слой подвергается непосредственному воздействию разрушающих факторов в процессе работы покрытия, поэтому он должен обладать комплексом свойств, обеспечивающим высокий ресурс работы в условиях коррозионно-активных сред, повышенных температур, абразивного изнашивания. Ввиду того, что покрытие может работать в условиях высоких контактных давлений и склонности к образованию задиров, материал покрытия должен иметь необходимую твердость и обладать пластичностью для уменьшения вероятности скалывания покрытия. Для этого в составе имеется около 28% железа. Более высокое содержание железа может негативно сказаться на уровне коррозионной стойкости материала. Металлокерамическая фаза, такая как карбиды хрома в коррозионно-стойкой матрице, обеспечивает необходимый уровень твердости и износостойкости покрытия.
Пример. Производились работы по ремонту-восстановлению приводных элементов запорной арматуры (штока, шпинделя). Изношенное покрытие, имеющее очаги язвенной коррозии и задиры, удалялось путем его механической обработки. Для восстановления геометрии детали использовался подслой заявленного состава толщиной 800…1000 мкм, наносимый методом газопламенного напыления. Основной слой толщиной 350…450 мкм заявленного состава наносился методом высокоскоростного газопламенного напыления.
Полученное покрытие имеет высокий уровень коррозионной стойкости, способность противостоять образованию задиров на поверхностях, контактирующих с сальниковым уплотнением, что позволяет значительно увеличить ресурс работы детали с покрытием.