Способ формирования термостойкого влагозащитного покрытия
METHOD OF FORMING THERMAL-RESISTANT WATERPROOF COATING

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к технологии формирования термостойкого влагозащитного покрытия на поверхности теплонапряженных металлоконструкций, и может быть использовано при изготовлении выхлопных труб газотурбинных установок (ГТУ) топливно-энергетических комплексов: газоперекачивающих агрегатов, газотурбинных электростанций.
Результаты эксплуатации топливно-энергетических комплексов выявили ряд технических проблем, непосредственно связанных с интенсивностью при эксплуатации процессов коррозии стальных конструкций. Особенно это касается выхлопных систем, которые испытывают как воздействие агрессивных химических сред в зависимости от регионально-климатических факторов, так и от термоциклических перепадов в диапазоне от минус 40 до плюс 400°С.
Система наиболее уязвима на этапе инерционного охлаждения при выключении агрегатов. Вследствие возникновения напряжений сжатия в поверхностных и напряжений растяжения во внутренних слоях полимерных матриц - зарождаются микротрещины, приводящие к нарушениям покрытия (растрескивание и отшелушивание). Восстановление таких покрытий на действующих агрегатах исключительно проблематично для технического исполнения и требует дополнительных экономических затрат.
Под воздействием агрессивных сред происходит изменение структуры и свойств материала, приводящее к снижению его прочности и преждевременному разрушению оборудования из этого материала по причине коррозии [«Технология машиностроения», 2006 г., №11, стр. 50-51; «Промышленная окраска», 2006 г., №2, стр. 41-42; 2007 г., №5, стр. 42-43].
Известен способ формирования влагозащитного покрытия по патенту РФ №2525820 от 20.08.2014 (прототип), включающий механическую обработку и обезжиривание поверхности, последовательное нанесение на нее 2-х слоев эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена с добавкой ультрадисперсного цинка (УДЦ) в количестве 30 мас. ч. на 100 мас. ч., нанесение 1-2 слоя эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена с токопроводящим наполнителем.
Покрытия на основе хлорсульфированного полиэтилена хорошо себя зарекомендовали по антистатическим свойствам и эластичности, но не термостойкости, так как хлорсульфированный полиэтилен при температуре выше 300°С подвержен сублимации с образованием пористого («шубного») слоя, трещинообразованию, после чего влагозащитные свойства уже не обеспечиваются.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков, то есть повышение надежности и долговечности работы термостойкого влагозащитного покрытия.
Технический результат заключается в том, что изготовленное согласно способу термостойкое влагозащитное покрытие позволяет повысить надежность и долговечность работы покрытия за счет послойного нанесения на поверхность трубы лакокрасочного покрытия (ЛКП) с добавлением ультрадисперсного цинка, что позволяет обеспечить перераспределение напряжений в поверхностных слоях покрытия. Также установлено влияние дисперсности форм частиц и удельной поверхности УДЦ на чувствительные параметры покрытия. Наиболее оптимальным установлено соотношение пластинчатой и сферической формы цинка 1:1.
Технический результат достигается тем, что в способе формирования термостойкого влагозащитного покрытия выхлопной трубы газотурбинной установки, включающий механическую обработку и обезжиривание поверхности трубы, последовательное нанесение на нее ряда слоев лакокрасочного покрытия, сушку, покрытие формируют из 4-х слоев лакокрасочного покрытия с добавкой в каждый слой ультрадисперсного цинка на 100 мас. ч. лакокрасочного покрытия по следующей схеме:
- 1 слой - лакокрасочное покрытие + 0,5 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 2 слой - лакокрасочное покрытие + 2 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 3 слой - лакокрасочное покрытие + 3,5 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 4 слой - лакокрасочное покрытие + 5 мас. ч ультрадисперсного цинка, производят сушку каждого слоя до неполной полимеризации лакокрасочного покрытия, а после нанесения четвертого слоя лакокрасочного покрытия производят окончательную сушку слоев термостойкого влагозащитного покрытия до полной полимеризации.
При этом в качестве лакокрасочного покрытия может быть использован полисилоксановый лакокрасочный материал Армакот Термо.
Ультрадисперсный цинк может быть использован пластинчатой и сферической формы в соотношении 1:1.
Отличительные признаки являются существенными.
Значения концентрации ультрадисперсного цинка в каждом слое лакокрасочного покрытия в количестве 0,5 мас. ч., 2 мас. ч., 3,5 мас. ч., 5 мас. ч. получено путем экспериментальных исследований лакокрасочного покрытия, результат которых представлен в таблице 1.
Нанесение четырех слов лакокрасочного покрытия позволяет исключить трещинообразование, обеспечить высокое качество, надежность и долговечность работы термостойкого влагозащитного покрытия, выдерживающего многоцикловые термоперепады от -40°С до+400°С, за счет наличия УДЦ в слоях лакокрасочного покрытия, который в результате образования оксида цинка от взаимодействия с диффузионной влагой создает сетчатую структуру по схеме:
Данная схема позволяет перераспределить напряжения в поверхностных слоях термостойкого влагозащитного покрытия.
Очевидно, что такая ориентация образуется постепенно по мере взаимодействия с диффузионной влагой из окружающей среды, а наличие двух геометрических форм способствует «прорастанию» упрочненной структуры и химически препятствует влагопроницаемости к поверхности выхлопной трубы ГТУ.
Лабораторно-экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность термостойкого влагозащитного покрытия.
Результаты обследования натурного объекта с покрытием привели к созданию модельной системы покрытий с использованием УДЦ.
Результаты исследований модельных образцов термоградиентного покрытия позволили выявить целый ряд особенностей (таблицы 2, 3):
1) Моделирование системы термостойкого влагозащитного покрытия с использованием ультрадисперсного цинка позволило изменить в сторону улучшения комплекс чувствительных показателей, а именно:
- снижение влагопоглощения на 25% (в прилегающих слоях к металлу);
- объемное электросопротивление - на 1-2 порядка.
- исключение растрескивания ЛКП при толщине вплоть до 200 мкм.
2) Введение УДЦ в верхние элементарные слои покрытия позволило изменить в сторону улучшения физико-механические свойства по напряжению сжатия.
3) Дополнительно выявлено, что образование оксида цинка в результате взаимодействия с диффузионной влагой создает сетчатую структуру.
Модификацию лакокрасочного материала производят путем введения в полимерную матрицу ультрадисперсного цинка пластинчатой и сферической формы при соотношении 1:1 в установленных в лабораторно-экспериментальных исследованиях, результат которых представлен в таблицах 4 и 5.
Анализ результатов воспроизводимых экспериментов показывает, что по совокупности технических характеристик градиентное соотношение лакокрасочного материала (на примере материала «Армакот Термо») и ультрадисперсного цинка обеспечивает оптимальный технический результат при толщине каждого слоя 40-50 мкм.
Изобретение поясняется разработанной схемой термостойкого влагозащитного покрытия выхлопной трубы во время работы ГТУ (см. Фиг.), где приняты следующие обозначения:
1 - выхлопная труба;
2 - слои ЛКП с различными концентрациями УДЦ.
Пример изготовления термостойкого влагозащитного покрытия.
На стальную цилиндрическую трубку 1 (∅ 30 мм), предварительно прошедшую механическую обработку и обезжиривание поверхности, последовательно наносят четыре слоя 2 лакокрасочного покрытия Армакот Термо с добавкой в каждый слой УДЦ на 100 мас. ч. лакокрасочного покрытия по следующей схеме:
- 1 слой - Армакот Термо + 0,5 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 2 слой - Армакот Термо + 2 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 3 слой - Армакот Термо + 3,5 мас. ч ультрадисперсного цинка;
- 4 слой - Армакот Термо + 5 мас. ч ультрадисперсного цинка, производят сушку каждого слоя до неполной полимеризации лакокрасочного покрытия в течение 1 часа при температуре (20+5)°С, а после нанесения четвертого слоя лакокрасочного покрытия производят окончательную сушку слоев термостойкого влагозащитного покрытия до полной полимеризации в течение 12 часов при температуре (20+5)°С.
Предлагаемое изобретение позволяет исключить трещинообразование, то есть повысить надежность и долговечность работы термостойкого влагозащитного покрытия.
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ВЛАГОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
числитель - показания тензодатчика
знаменатель - показания волоконно-оптического датчика
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ВЛАГОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ