В этой статье Вы найдете информацию о различных материалах, используемых при конструировании насосов. Основное внимание мы будем уделять свойствам, которые присущи каждому отдельному металлу и металлическому сплаву. Но прежде чем погрузиться в мир материалов, мы поближе познакомимся с понятием коррозии. Мы рассмотрим коррозию и различные ее типы, а также расскажем, как можно избежать ее появления.
Что такое коррозия?
Коррозия — это разрушение металла под действием химической или электрохимической реакции с окружающей средой, см. рис.1.6.1. Более широко коррозию можно представить, как тенденцию металла вернуться к своему естественному состоянию, то есть оксиду, из которого он был получен. Только драгоценные металлы, такие как золото и платина, существуют в природе в их естественном металлическом состоянии.
Некоторые металлы образуют на поверхности плотный защитный оксидный слой, который препятствует коррозии. При повреждении этого слоя он образует- ся вновь. Такие металлы называются пассивированными. Под воздействием атмосферного воздуха на такие металлы, как цинк и алюминий, они образуют достаточно плотный оксидный слой, препятствующий коррозии.
Точно так же на поверхности нержавеющей стали формируется плотный слой оксидов железа и хрома, а на поверхности титана образуется слой оксида титана. Этот защитный слой обеспечивает их хорошую коррозионную стойкость. Но продукт коррозии стали — ржавчина — не является для нее защитным слоем.
Ржавчина по своей структуре пористая, не обладает связывающими свойствами и не препятствует дальнейшей коррозии, см. рис.1.6.2.
Типы коррозии
Коррозия приводит к потере металла на участках поверхности, подверженных ее влиянию. Процесс коррозии выражается во многих формах — от равномерной коррозии по всей поверхности до очень глубокой точечной коррозии.
Химическое и физическое состояние окружающей среды определяют как тип коррозии, так и степень ее воздействия. От окружающей среды также зависит и вид продукта коррозии, поэтому необходимо производить контрольные измерения состояния окружающей среды. Во многих случаях полностью остановить процесс коррозии практически невозможно или очень дорого; но, несмотря на это, можно контролировать его до определенных допустимых значений.
Далее мы будем рассматривать различные формы коррозии с целью выявления их основных особенностей.
Равномерная коррозия
Равномерная, или общая, коррозия распространяется равномерно по всей поверхности или на большей ее части. Под этим воздействием металл становится тоньше, а затем совсем разрушается. При равномерной коррозии происходят большие потери металла.
Примеры металлов, которые являются объектами равномерной коррозии:
- Сталь в газированной воде
- Нержавеющая сталь в кислотах (например, сталь 1.4301 (AISI 304) в серной кислоте)
Точечная коррозия
Точечная коррозия отличается локальной формой воздействия. Она формирует углубления на металлической поверхности. При этом в металле образуются отверстия, в то время как потери его общего веса совсем незначительные. Глубина разрушения может быть в 10–100 раз больше, чем при равномерной коррозии, в зависимости от агрессивности жидкости. Точечная коррозия часто появляется под влиянием застойного состояния окружающей среды.
Пример металла, являющегося объектом точечной коррозии:
- Нержавеющая сталь в морской воде
Щелевая коррозия
Щелевая коррозия, как и точечная, является локальной формой коррозийного воздействия. Несмотря на это, щелевая коррозия возникает намного чаще, чем точечная. Эта коррозия обычно появляется в очень узких зазорах, или в пространствах между двумя металлическими поверхностями, или между металлическими и неметаллическими поверхностями, и обычно является следствием застоя в этих местах перекачиваемой жидкости. Наиболее уязвимы для коррозии щели и зазоры, находящиеся во фланцевых и резьбовых соединениях.
Пример металла, являющегося объектом щелевой коррозии:
- Нержавеющая сталь в морской воде
Межкристаллитная коррозия
Как видно из названия, межкристаллитная коррозия появляется на границе кристаллов. Обычно такой тип коррозии появляется при образовании карбида хрома в кристаллической решетке (при сварке или в связи с недостаточной закалкой стали). При этом происходит резкое снижение содержания хрома в узком межкристаллическом пространстве, что приводит к уменьшению сопротивляемости материала действию коррозии на этом участке. Это является очень неблагоприятным моментом, так как хром играет очень важную роль в обеспечении коррозионной стойкости металла.
Примеры металлов, являющихся объектами межкристаллитной коррозии:
- Нержавеющая сталь, недостаточно закаленная при обработке или некачественной сварке
- Нержавеющая сталь 1.4401 (AISI 316), находящаяся в азотной кислоте
Избирательная коррозия
Избирательная коррозия — это такой вид коррозии, который воздействует только на отдельный элемент сплава и производит разрушение в самой структуре сплава. Таким образом, происходит ослабление структуры материала в целом.
Примеры избирательной коррозии:
- Вымывание цинка из нестабилизированной латуни, вследствие чего структура сплава становится пористой.
- Графитизация серого чугуна, вследствие чего, в связи с распадом железа, происходит разрушение хрупкой графитной решетки.
Эрозийная коррозия
Эрозийная коррозия — это процесс, включающий в себя как коррозию, так и эрозию. Степень коррозийного воздействия усиливается при взаимном перемещении агрессивной жидкости и металлической поверхности. Это воздействие локализуется в местах, где присутствует высокая скорость или турбулентность потока. Отличительной чертой воздействия эрозийной коррозии является появление канавок или желобков с определенной направленностью.
Примеры металлов, являющихся объектами эрозийной коррозии:
- Бронза в морской воде
- Медь в воде.
Кавитационная коррозия
При увеличении скорости перекачиваемой жидкости ее давление снижается. Когда давление падает ниже уровня парообразования, жидкость закипает и обра- зуются пузырьки воздуха. Когда давление снова возрастает, происходит разрыв пузырьков и образуется ударная волна. Следовательно, резкое прекраще- ние процесса парообразования ведет к разрушению металла или его оксида на поверхности.
Примеры металлов, являющихся объектами кавитационной коррозии:
- Чугун в воде с высокой температурой
- Бронза в морской воде
Коррозийное растрескивание
Коррозийное растрескивание возникает при совместном влиянии напряжения металла при растяжении (внешнем или внутреннем) и коррозионном воздействии окружающей среды. Материал может дать трещину без какой-либо значительной деформации или очевидного износа. Часто точечная коррозия ассоциируется с явлением коррозийного растрескивания.
Примеры металлов, являющихся объектами коррозийного растрескивания:
- Нержавеющая сталь EN 1.4401 (AISI 316) в растворах хлоридов
- Латунь в аммиаке
Коррозионная усталость
Обычная механическая усталость возникает в результате воздействия на материал циклической нагрузки, в результате которой снижается предел прочности на растяжение. А если металл одновременно оказывается в коррозийной атмосфере, разрушение может произойти даже при меньшей нагрузке и в более короткие сроки. Не существует предела выносливости для коррозийной усталости, которая имеет место при обычной механической усталости.
Пример металла, являющегося объектом коррозийной усталости:
- Алюминий в коррозийной среде
Электрохимическая коррозия
В результате взаимодействия едкого электролита и двух металлических пластин (гальванический эффект), процесс коррозии усиливается на менее благородном металле (анодная пластина) и замедляется — на более благородном (катодная пластина). Усиление процесса коррозии называется электрохимической коррозией. Подверженность металла или сплава в гальваническом элементе коррозии зависит от его положения в электрохимическом ряду. Электрохимический ряд металлов и сплавов показывает их относительную стойкость к окружающей среде (например, морская вода, см. рис.1.6.12).
Чем больше металлы отдалены друг от друга в электрохимическом ряду, тем воздействие электрохимической коррозии будет больше.
Примеры металлов, являющихся объектами электрохимической коррозии:
- Сталь в паре с нержавеющей сталью EN 1.4401
- Алюминий в паре с медью
Принципы электрохимической коррозии используются в катодной защите. Катодная защита подразумевает уменьшение темпа коррозии металлической поверхности с помощью защитного анода (из цинка или алюминия) или тока, подаваемого в систему катодной защиты.
Металлы и металлические сплавы
Далее Вы ознакомитесь с основными свойствами металлов и сплавов, применяемых при изготовлении насосов.
Железосодержащие сплавы
К железосодержащим относятся такие сплавы, в которых железо является основным компонентом. Эти сплавы наиболее популярны, так как они дешевы и универсальны.
Сталь
Наиболее широко используемым материалом является сталь, представляющая собой соединение железа и углерода. Углерод в стали содержится в диапазоне от 0,003% до 1,5% от общего веса. Углерод оказывает очень сильное влияние на прочность, свариваемость, механическую обрабатываемость, ковкость и твердость стали. Как правило, увеличение содержания углерода приводит к возрастанию прочности и твердости металла, в то время как свойства ковкости и свариваемости снижаются. Наиболее популярным типом стали является углеродистая сталь. Углеродистая сталь делится на четыре категории, см. рис.1.6.14.
Сталь используется как в кованом, так и литом виде. Основные свойства литой и кованой стали сравнительно близки. Наиболее очевидным преимуществом такого вида стали является ее относительно дешевое производство, формование и обработка. С другой стороны, основным недостатком этой стали является ее очень низкая коррозийная стойкость по сравнению с нержавеющей сталью.
Чугун
Чугун является сплавом железа, кремния и углерода. Обычно содержание углерода составляет 3–4% от веса, большая его часть находится в свободном состоянии (графитовые включения). Существует два основных типа чугуна: серый чугун и ковкий чугун. Стойкость чугуна к коррозии сравнима со сталью, а иногда даже и превышает ее. Для улучшения коррозионной стойкости в чугун добавляют кремний, 13–16% от общего веса, или 15–35% никеля. Многие типы чугуна широко используются в промышленности, особенно при изготовлении вентилей, насосов, труб и других деталей. Чугун имеет хорошую коррозионную стойкость в нейтральных и щелочных средах (высокий уровень рН), но очень низкую стойкость в кислотах (низкий уровень рН).
Серый чугун
В сером чугуне графит рассредоточен в ферритноперлитной основе в виде хлопьев. Хлопья графита действуют как концентраторы напряжений при нагрузке на разрыв, делая его более хрупким при растяжении, но более прочным и ковким при сжатии. Серый чугун, благодаря его способности к гашению вибрации, используется в электродвигателях. Это недорогой материал, он достаточно прост в отливке, с минимальным риском возникновения усадочной деформации. Эти свойства серого чугуна широко используются при изготовлении различных частей насоса с умеренными прочностными требованиями.
Ковкий чугун
В ковком чугуне содержится 0,03–0,05% магния от общего веса. Магний способствует преобразованию хлопьев графита в шаровидную форму, распределяя, таким образом, графит в ферритно-перлитной основе в виде сфер или узелков. Графитные узелки не имеют заостренных очертаний. Округленная форма узелкового графита уменьшает концентрацию напряжения, в результате материал становится более ковким. Из рисунка 1.6.16 видно, что удельная нагрузка на растяжение для ковкого чугуна выше, чем для серого. Ковкий чугун обычно используется для тех частей насоса, для которых существуют высокие прочностные требования (имеет место высокое давление или температура).
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь — это сплав стали и хрома. Минимальное содержание хрома в стандартизированной нержавеющей стали составляет 10,5%. Хром увеличивает коррозионную стойкость нержавеющей стали посредством образования на поверхности металла слоя оксида хрома. Этот сверхтонкий слой при нормальных условиях способен самовосстанавливаться.
Нержавеющую сталь легируют и с помощью других химических элементов. Сплавы, включающие в себя эти элементы, образуют разные кристаллические структуры, придающие им разные свойства, необходимые при механической обработке, литье, сварке, сопротивлении коррозии и т. д. В общем, нержавеющая сталь имеет более высокую стойкость к химикатам (например, к кислотам), чем сталь и чугун.
В среде, содержащей хлориды, нержавеющая сталь может быть подвержена локальной коррозии — таким ее видам, как точечная или щелевая. Сопротивляемость стали этим типам коррозии очень сильно зависит от ее химического состава. Сейчас общепринятым считается так называемое PRE значение (эквивалент сопротивления точечной коррозии) — мера стойкости нержавеющей стали к точечной коррозии. Значение PRE рассчитывается по формулам, в которых учитывается относительное влияние нескольких легирующих элементов на стойкость к коррозии. Чем выше значение PRE, тем выше стойкость сплава к местной коррозии.
Необходимо помнить, что PRE значение является очень приблизительной оценкой стойкости к точечной коррозии и может быть использовано только при сравнении и классификации разных типов нержавеющей стали.
Далее мы представим четыре наиболее важных типа нержавеющей стали: ферритную, мартенситную, аустенитную и ферритно-аустенитную.
Ферритная (магнитная) сталь
Ферритная нержавеющая сталь имеет довольно хорошие антикоррозийные свойства, высокую стойкость к коррозийному растрескиванию и умеренную прочность. Низколегированная ферритная нержавеющая сталь применяется для среднеагрессивной окружающей среды (чайные ложки, раковины для кухни, барабаны стиральных машин и т. д.).
Мартенситная (магнитная) сталь
Мартенситная нержавеющая сталь имеет высокую прочность, но ограниченную коррозийную стойкость. Мартенситная сталь обычно используется для произ- водства пружин, валов, хирургических инструментов и таких острых предметов, как ножи и ножницы.
Аустенитная (немагнитная) сталь
Аустенитная нержавеющая сталь является наиболее популярным видом стали, отличается высокой коррозийной стойкостью, очень хорошей формуемостью, прочностью и свариваемостью. Аустенитная нержавеющая сталь, особенно 1.4301 и 1.4401, используется в промышленности для производства почти всех компонентов насосов. Изделия из этой стали могут быть коваными или литыми.
Нержавеющая сталь 1.4305 из всех видов сталей наиболее пригодна для машинной обработки. Обрабатываемость стали значительно улучшилась в связи с высоким содержанием серы (0,15–0,35%%), но, к сожалению, и за счет таких качеств, как коррозийная стойкость и свариваемость. Несмотря на это, с течением времени были разработаны марки стали с низким содержанием серы, и, таким образом, коррозионная стойкость ее была улучшена.
При длительном нагреве нержавеющей стали до температур 500°С–800°С при сварочных работах, хром может перейти в форму карбида хрома, соединяясь с содержащимся в металле углеродом. Это будет снижать способность хрома восстанавливать антикоррозийный слой, и может привести к образованию межкристаллитной коррозии.
Если используются марки стали с пониженным содержанием углерода, риск коррозии уменьшается. Нержавеющая сталь с низким содержанием углерода — 1.4306 (AISI 304L) или 1.4404 (AISI 316L). Обе марки содержат 0,03% углерода, а нержавеющая сталь 1.4301 (AISI 304) и 1.4401 (AISI 316) содержит 0,07% углерода, см. иллюстрацию 1.6.17.
Сталь 1.4571 (AISI 316Ti) содержит небольшое количество титана. Так как титан легче связывается с углеродом, чем хром, образование карбида хрома сводится к минимуму. Содержание углерода в современных нержавеющих сталях достаточно низкое, и в связи со сравнительно невысокой стоимостью сталей марок «L», использование стали с примесью титана заметно уменьшилось.
Ферритно-аустенитная, или выплавленная дуплекс-процессом (магнитная) сталь
Ферритно-аустенитная нержавеющая сталь характеризуется высокой прочностью, твердостью, хорошей стойкостью коррозии, в том числе к коррозионному растрескиванию и коррозионной усталости.
Этот вид стали обычно используется, если необходимы такие качества, как высокая прочность, стойкость к коррозии и коррозионному растрескиванию, или комбинации этих качеств. Нержавеющая сталь 1.4462 широко используется при изготовлении валов и корпусов насосов.
Никелевые сплавы
В сплавах на основе никеля содержание этого металла в пропорциональном отношении превосходит другие легирующие элементы. Наиболее важными легирующими компонентами являются железо, хром, медь и молибден. Добавление легирующих составляющих позволяет формировать широкий диапазон сплавов. Никель и никелевые сплавы обладают способностью работать в сложных условиях, таких как коррозионная окружающая среда, высокая температура, высокие напряжения или комбинации этих факторов.
Сплавы Hastelloys™ (Хастеллой) представляют линию сплавов, содержащих Ni, Mo, Cr и Fe. Сплавы на основе никеля, такие как Inconel™ Alloy 625, Hastelloys™ C-276 и С-22, высокоустойчивы к точечной и щелевой коррозии в морской воде с низкой скоростью и не подвергаются эрозийной коррозии при высоких скоростях.
Высокая стоимость никелевого сплава ограничивает его использование в определенных областях. Никелевые сплавы бывают как ковкими, так и литейными. Эти сплавы льются труднее, чем обычные углеродистые и нержавеющие стали. Никелевые сплавы применяются для изготовления деталей насосов, используемых в химической промышленности.
Медные сплавы
Чистая медь имеет прекрасные термические и электрические свойства, но является и очень пластичным металлом.
Легирующие добавки приводят к созданию новых сплавов, обладающих необходимыми свойствами для литья и сварки. Эти сплавы широко используются в производстве насосов, трубопроводов, фитингов, баков высокого давления и во многих других машиностроительных производствах.
Латунь, благодаря ее низкой стоимости, простоте производства и хорошей обрабатываемости, является наиболее популярным медным сплавом. Однако латунь менее прочна, чем бронза, и не может быть использована в средах, где происходит избирательная коррозия латуни.
Красная латунь, бронза и медный никель имеют хорошую стойкость к хлоридам в агрессивных жидкостях, таких как морская вода. Однако при интенсивном использовании в таких средах применение бронзы нежелательно, так как она имеет тенденцию к вымыванию цинка (удаление цинкового покрытия). Все медные сплавы имеют низкую стойкость к щелочным жидкостям (высокий уровень рН), аммиаку и сульфидам и легко подвергаются эрозии. Латунь, красная латунь и бронза широко используются при изготовлении подшипников, рабочих колес и корпусов насосов.
Алюминий
Чистый алюминий является легким и мягким металлом, с удельным весом, составляющим одну треть от удельного веса стали. Он обладает высокой термо- и электропроводностью. Наиболее часто используемыми легирующими элементами являются кремний (силумин), магний, железо и медь. Кремний усили- вает литейные качества, медь — обрабатываемость, а магний повышает его коррозийную стойкость и прочность.
Очевидным преимуществом алюминия является то, что на его поверхности образуется оксидный слой, который имеет высокую коррозийную стойкость. Обработка, такая как анодирование, в дальнейшем может улучшить эти свойства. Алюминиевые сплавы широко используются в отраслях, где необходима высокая прочность при малом весе, таких как авиастроение и т.п. Например, использование алюминия в самолетостроении снижает потребление топлива.
С другой стороны, основным недостатком алюминия является его нестабильность в средах с низким или высоким уровнем рН и в хлорсодержащих средах. Это свойство делает алюминий непригодным для работы с водными растворами, особенно в условиях сильного потока. Это качество обостряется еще и тем фактом, что алюминий является химически активным металлом, т. е. имеет низкое положение в электрохимическом ряду (см. электрохимическую коррозию) и, будучи в паре с более благородным металлом или сплавом, может быть легко подвержен электрохимической коррозии.
Титан
Чистый титан имеет небольшую плотность, является довольно пластичным металлом и имеет относительно низкую прочность. Несмотря на это, при добавлении определенного количества кислорода происходит усиление прочностных свойств титана, и получаются так называемые «технически чистые» марки. Добавление некоторых легирующих элементов, таких как алюминий и ванадий, значительно увеличивают его прочность за счет потери эластичности. Титан, легированный алюминием и ванадием (Ti-6Al-4V), является основным титановым сплавом в промышленности. Он используется при производстве аэрокосмических двигателей и различных компонентов в авиационной промышленности. Так как титан является довольно дорогим металлом, он не находит широкого применения при изготовлении деталей насосов.
Титан — это высокоактивный химический элемент. Коррозийная стойкость титана, как и нержавеющей стали, зависит от образующейся на поверхности оксидной пленки, причем у титана эта пленка более устойчива к коррозии, чем у нержавеющей стали. Поэтому титан более устойчив к агрессивным жидкостям, таким как морская вода, растворы хлоридов или органические хлориды, которые образуют точечную и щелевую коррозии.
Керамика
Керамические материалы — это неорганические и неметаллические вещества, которые в природе обычно имеют кристаллическую форму. Они включают в себя металлические и неметаллические элементы. Наиболее известные технические керамические материалы — это оксид алюминия (глинозем — Al2O3), карбид кремния (SiC), карбид вольфрама (WC) и нитрид кремния (Si2N4).
Керамические материалы используются там, где необходимы такие свойства, как высокая термическая стабильность, прочность, износостойкость и коррозийная стойкость. Основными недостатками этих материалов являются низкая эластичность и хрупкость. Керамические материалы в основном используются при изготовлении подшипников и уплотняющих поверхностей в уплотнениях валов.
Пластмассы
Некоторые пластические материалы имеют природное происхождение (например, растительное), но многие из них производятся синтетическим путем. Они известны, как синтетические полимерные материалы. Многие из них получены из нефти, а также из угля и природного газа. Существует два основных типа пластических материалов: термопласты и термореактивная пластмасса. Наиболее широко используемым материалом являются термопласты.
Пластмассы часто содержат добавки, которые придают этим материалам определенные дополнительные качества. Более того, пластмассы могут быть упрочнены с помощью добавления стекловолокна или других волокон. Эти пластмассы вместе с добавками и волокнами относятся к композиционным материалам.
Примеры добавок, использующихся в пластмассах:
- Неорганические наполнители для усиления механических свойств
- Химические стабилизаторы, например, антиоксиданты
- Пластификаторы
- Антипирены
Термопласты
Термопласты состоят из длинных полимерных молекул, которые не соединены друг с другом и не пересекаются. Они часто поставляются в виде гранул, и для придания им определенной формы используются методы отливки и выдавливания. Применяется широкий спектр таких пластмасс — от термопластов для производства предметов потребления (PE, PP, PVC), имеющих невысокую стоимость, до дорогих, используемых в машиностроении, таких как PEEK, и химически стойких фторополимеров, как PTFE, PVDF. PTFE — это один из видов термопластов, которые не плавятся. Эти пластмассы широко используются при изготовлении корпусов насосов и трубопроводов.
Термореактивные пластмассы
Термореактивные пластмассы становятся более твердыми при нагреве, так как поперечные межмолекулярные связи препятствуют изгибу и вращению молекул. Такая межмолекулярная структура достигается путем добавления химических веществ, нагрева и воздействия радиации; такой процесс называется вулканизацией. Эти пластмассы являются более твердыми, более стабильными по размерам, но более хрупкими, чем термопласты, и не поддаются переплавке. Иногда термореактивные пластмассы включают в себя эпоксидные смолы, полиэфиры и полиуретаны. Эти материалы широко используются для защитных покрытий.
Резина
Понятие «резина» (каучук) включает в себя две разновидности: натуральный каучук и синтетический каучук. Каучуки (или эластомеры) — это эластичные длинноцепные полимеры, которые легко могут быть растянуты, при этом увеличив свою первоначальную длину в несколько раз, и которые легко возвращаются к первоначальному размеру после снятия напряжения. Каучуки имеют поперечные межмолекулярные связи (вулканизированные), но у них очень низкая поперечная межмолекулярная плотность соединений, см. рис.1.6.22. Поперечная межмолекулярная связь является ключевым моментом такого свойства этих материалов, как эластичность.
Эластичность обеспечивает такое качество, как упругость в уплотнительных соединениях. Различные компоненты насосов производятся из каучука, например, уплотнительные прокладки и кольцевые уплотнения (см. раздел 1.3, уплотнения вала). В этом разделе мы уделим внимание свойствам различных видов каучуков по отношению к температуре и сопротивляемости разным жидкостям.
Нитрильный каучук (NBR)
Для работы при температуре до 100°С применяется нитрильный каучук — недорогой материал, имеющий высокую стойкость к воздействию нефти и горючих жидкостей. Существуют различные марки NBR — чем выше содержание акрилонитрила (ACN), тем выше стойкость к нефти, но тем ниже температурная упругость. Нитрильные каучуки имеют высокую упругость и износостойкость, но умеренную прочность. Более того, у них ограниченная стойкость против атмосферных воздействий и низкая сопротивляемость растворению. В основном, этот материал используется при температуре до –30°С, но определенные марки могут работать и при более низких температурах.
Этиленпропиленовый каучук (EPDM)
Этиленпропиленовый каучук имеет прекрасную стойкость к воде с высокими температурами, приблизительно до 120–140°С. Этот тип имеет также хорошую устойчивость к кислотам, сильным щелочам и высокополярным жидкостям, таким как метанол и ацетон. Но у него очень низкая устойчивость к нефти и горючим жидкостям.
Фторэластомеры (FKM)
Фторэластомеры охватывают все семейство каучуков, применимых для работы с нефтью, горючими жидкостями и широким спектром химических веществ, включая и неполярные растворители. FKM каучук обеспечивает прекрасную стойкость при высоких рабочих температурах (до 200°С в зависимости от марки) и различных типах масел. Эти каучуки имеют ограниченную сопротивляемость к пару, горячей воде, метанолу и другим высокополярным жидкостям. Они также неустойчивы к аминам, сильным щелочам и ко многим фреонам. Существуют определенные стандарты и специальные марки, имеющие специальные свойства, такие как повышенная стойкость к низким температурам и химическим реагентам.
Кремнийорганический (силиконовый) каучук (Q)
Силиконовые каучуки имеют низкую остаточную деформацию при сжатии в широком диапазоне температур (от –60°С до 200°С в воздухе), прекрасные электроизоляционные характеристики, и они не токсичны. Эти каучуки очень стойки к воде, некоторым кислотам и окисляющим химическим веществам. Но силиконовые каучуки не должны использоваться с концентрированными кислотами, щелочами и растворами. К тому же, они имеют низкую устойчивость к маслам и горючим жидкостям. Несмотря на это, сопротивляемость силиконового каучука типа FMQ к маслам и горючим жидкостям выше, чем у каучуков типов MQ, VMQ и PMQ.
Перфторированные эластомеры (каучуки) FFKM
Перфторированные эластомеры отличаются очень высокой, сравнимой с тефлоном PTFE, стойкостью к химическим реагентам. Они могут использоваться при очень высоких температурах, но их основными недостатками являются сложность производства, очень высокая стоимость и ограниченное применение при низких температурах.
Защитные покрытия
Защитные покрытия — металлические, неметаллические (неорганические) или органические — являются одним из основных гарантов противодействия коррозии. Основная задача этих покрытий (за исключением электрохимических покрытий, таких как цинк) — создание эффективного барьера между металлом (основой) и окружающей его средой. При этом можно использовать обычную сталь и алюминий вместо дорогих материалов. Далее мы рассмотрим, как можно избежать коррозии с помощью различных защитных покрытий:
- Металлических и неметаллических (неорганических) и органических защитных покрытий.
Металлические защитные покрытия
Покрытие менее благородным металлом, чем основа
Наиболее часто используются для защиты стали от атмосферной коррозии цинковые покрытия. Цинк выполняет две функции: он действует как барьерное покрытие и обеспечивает электрохимическую защиту. При возникновении угрозы коррозии, в первую очередь, начинает подвергаться ее воздействию цинк и, таким образом, защищает сталь. Такая форма защиты называется катодной защитой. При небольших повреждениях продукт защитной коррозии цинка будет заполнять зоны, подвергающиеся воздействию коррозии, и приостанавливать дальнейший процесс.
Покрытие более благородным металлом, чем основа
Гальванические покрытия стали никелем или хромом — это примеры металлических покрытий, являющихся более благородными, чем основа. В отличие от гальванического покрытия основы менее благородным металлом, который подвергается коррозии вблизи участков воздействия на основной металл, возникновение каких-либо повреждений в более благородном защитном покрытии приведет к немедленному повреждению основного металла.
Неметаллические (неорганические) покрытия
Преобразующие покрытия являются важным видом неметаллических (неорганических) покрытий.
Преобразующие покрытия
Преобразующие покрытия формируются под воздействием контролируемой коррозийной реакции основы в окисляющем растворе. Хорошо известными примерами преобразующего покрытия являются анодированный или хромированный алюминий и фосфатная обработка стали. Анодирование, в основном, используется для защиты алюминиевых поверхностей, в то время как обработка хромом и фосфором производится как предварительная подготовка для покраски. Кроме улучшения окрашивания, это покрытие предотвращает образование ржавчины под слоем краски.
Органические покрытия
Органические покрытия содержат органические компоненты. Эти покрытия наносятся на металлические поверхности путем распыления, погружения, нанесением кистью, футеровкой или катафорезом (краска наносится с помощью электрического тока) и могут подвергаться последующей термообработке (сушке). Термопластические покрытия, такие как полиамид, полипропилен, полиэтилен, PVDF и PTFE, а также эластомерные покрытия, применяются для металлических поверхностей, при этом происходит объединение механических свойств металлов с химической устойчивостью пластиков. Окрашивание является самым популярным способом нанесения органического покрытия.
Лакокрасочное покрытие
Как было упомянуто ранее, лакокрасочное покрытие является наиболее популярным видом органического покрытия. На рис.1.6.25 представлено несколько вариантов органических покрытий. Типичный состав краски представляет собой смесь полимерных связующих веществ, растворов, пигментов и добавок. По причине проникновения в окружающую среду, органические растворители были заменены водой или просто перестали применяться, т. е. покрытия стали производить в виде порошка. Краска обычно наносится двумя и более слоями на слой грунта, который напрямую контактирует с металлом.
Литература
Промышленное насосное оборудование – GRUNDFOS
www.grundfos.com
