close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10551

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
B 05B 7/16
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НА
МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ТРУБУ
(21) Номер заявки: a 20060350
(22) 2006.04.17
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Белоцерковский Марат Артемович; Гоман Аркадий Михайлович (BY)
BY 10551 C1 2008.04.30
BY (11) 10551
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) Белоцерковский М.А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий. Минск: Технопринт, 2004. - С. 167-171.
RU 2234382 C2, 2002.
BY 5768 C1, 2003.
RU 2041744 C1, 1995.
(57)
Способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, включающий подготовку поверхности трубы и последующее формирование полимерного покрытия термонапылением, отличающийся тем, что для термонапыления используют полимерный
материал, величина коэффициента термического расширения которого удовлетворяет
следующему соотношению:

δ 
σ сц D FП + FT П 
δT 

,
αП ≤ αT +
∆Τ(2δ П + νD )
где αП - коэффициент термического расширения полимерного материала, используемого
для термонапыления, 1/ °С;
αT - коэффициент термического расширения металла трубы, 1/ °С;
σсц - прочность сцепления полимерного покрытия на отрыв, обеспечиваемая используемым способом термонапыления, МПа;
∆T - максимальная температура эксплуатации трубы, °С;
D - диаметр трубы, м;
δП - толщина полимерного покрытия, м;
δТ - толщина стенки трубы, м;
ν - отношение предела прочности полимерного покрытия при одноосном растяжении
к пределу прочности полимерного покрытия при одноосном сжатии;
1− µП
, где µП - коэффициент Пуассона полимерного покрытия, ЕП - модуль упFП =
EП
ругости полимерного покрытия, МПа;
1 − µT
, где µT - коэффициент Пуассона металла трубы, ET - модуль упругости меFT =
ET
талла трубы, МПа.
BY 10551 C1 2008.04.30
Изобретение относится к технологии защиты металлических труб от коррозии полимерными покрытиями, наносимыми методами термонапыления, например газопламенного
напыления. Оно предназначено для нанесения защитных полимерных покрытий на промышленные и бытовые трубопроводы по транспортировке воды, природного газа, жидких
нефтепродуктов и других технологических жидкостей. Кроме того, изобретение может
быть использовано для нанесения защитных покрытий на трубчатые элементы опор морских буровых платформ, антенных устройств и мачт.
Известен способ нанесения полимерного покрытия на металлические трубы (см. Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных
полимеров. Технологические процессы. - Мн.: Наука и техника, 1992. - 256 с.), включающий подготовку поверхности трубы, ее нагрев и погружение на определенное время в
слой порошка полимерного материала, находящегося в подвижном (псевдоожиженном)
состоянии и плавление частиц порошка полимера на поверхности трубы с образованием
покрытия. Недостатком известного способа является невозможность его реализации на
трубах длиной более 3-4 метров, а также на месте эксплуатации труб.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ нанесения полимерного покрытия на металлические трубы (см. Белоцерковский М.А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий. - Мн.:
Технопринт, 2004. - С. 167-171), включающий подготовку поверхности трубы и последующее формирование полимерного слоя одним из методов термонапыления, например
газопламенного напыления.
Недостатком известного способа является низкая долговечность покрытий при эксплуатации труб в широком интервале температур. Так, при периодическом (и даже кратковременном) нагреве трубы выше +50 °С происходит растрескивание и отслаивание
покрытий из многих ненаполненных термопластов, таких как полиэтилентерефталат, полиамид, полиэтилен, поливинилбутираль, что обусловлено значительной разностью коэффициентов термического напряжения металлов и полимеров. Возникающие при нагреве
или охлаждении трубы напряжения приводят к отслоению и разрушению покрытий, если
их величина превышает величину прочности сцепления.
Задачей изобретения является повышение долговечности полимерных покрытий на
трубах в широком температурном диапазоне их использования.
Для решения поставленной задачи в способе нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, включающем подготовку поверхности трубы и последующее формирование полимерного слоя термонапылением, согласно изобретению, для термонапыления
используют полимерный материал, величина коэффициента термического расширения
которого удовлетворяет следующему соотношению:

δ 
σ сц D FП + FT П 
δT 

,
αП ≤ αT +
(1)
∆Τ(2δ П + νD )
где αП - коэффициент термического расширения полимерного материала, используемого
для термонапыления, 1/град;
αT - коэффициент термического расширения металла трубы, 1/град;
σсц - прочность сцепления полимерного покрытия на отрыв, обеспечиваемая используемым способом термонапыления, МПа;
∆T - максимальная температура эксплуатации трубы, ºС;
D - диаметр трубы, м;
δП - толщина полимерного покрытия, м;
δТ - толщина стенки трубы, м;
ν - отношение предела прочности полимерного покрытия при одноосном растяжении
к пределу прочности полимерного покрытия при одноосном сжатии;
2
BY 10551 C1 2008.04.30
1− µП
, где µП - коэффициент Пуассона полимерного покрытия, EП - модуль упEП
ругости полимерного покрытия, МПа;
1 − µT
, где µT - коэффициент Пуассона металла трубы, ET - модуль упругости меFT =
ET
талла трубы, МПа.
В основу заявляемого способа положена методология выбора материала покрытия и
режимов нанесения слоя для защиты изделия, заключающаяся в рассмотрении изделия с
покрытием, как элемента динамической системы, рассчитываемого на прочностную надежность. Любые напряжения, вызывающие деформацию всего изделия (в данном случае
трубы) или отдельных участков, воздействуют на покрытие, адгезионные и когезионные
характеристики которого и будут в конечном итоге определять его работоспособность.
Напряженное состояние в покрытии в зоне сцепления с трубой, обусловленное температурными напряжениями, является объемным, определяется сжимающими напряжениями в осевом и окружном направлениях и растягивающим контактным напряжением в зоне
сцепления с металлом. Определив контактные напряжения в зоне сцепления покрытия с
трубой, получили выражение, описывающее зависимость коэффициента линейного расширения наносимого полимерного материала от температуры эксплуатации трубы, ее
размеров и величины прочности сцепления покрытия. Поскольку для всех методов напыления полимерных покрытий и напыляемых материалов известна максимальная величина
достигаемой прочности сцепления с основой на отрыв, определение необходимого коэффициента термического расширения по выражению (1) не вызывает затруднений.
В таблице приведены необходимая величина коэффициента линейного расширения
полимера, наносимого в виде покрытия толщиной 350 мкм газопламенным методом на
стальную трубу диаметром 1,2 м, а также обеспечиваемая при этом прочность сцепления.
FП =
Прочность
сцепления,
МПа
Максимальная
температура эксплуатации, °С
8-10
40
8-10
50
8-10
60
8-10
70
Напыляемый материал,
Необходимый коэффициобеспечивающий необхоент термического расшидимый коэф. термического
рения полимера, 1/град
расширения
6
полиамид
ПА 6
114⋅10
полиамид ПА 6 + 4 об. %
95⋅106
наполнителя (Al2O3)
полиамид
ПА 6 + 7 об. %
80⋅106
Al2O3
полиамид
ПА 6 + 12 об. %
62⋅106
Al2O3
Коэффициент термического расширения полиамида ПА 6 составляет (96…100)⋅106 1/град.
Расчеты показали, что для того чтобы покрытие не отслоилось при больших перепадах
температур, необходимо снижать коэффициент термического расширения. С этой целью в
полимер вводят наполнители - порошки металлов или керамики (см. стр. 209 - Общетехнический справочник / Е.А. Свиридов, В.П. Законников, А.Б. Пакнис и др. - М.: Машиностроение, 1990. - 491 с.). Например, введение наполнителей позволяет снизить αП винипласта со 150⋅106 1/град до 50⋅106 1/град., αП капролона с 90⋅106 1/град до 66⋅106 1/град.
Представленные в таблице результаты свидетельствуют о том, что напыляемый материал
с выбранной величиной αП формирует покрытие, которое может надежно эксплуатироваться в требуемом интервале температур.
3
BY 10551 C1 2008.04.30
Пример реализации способа
Участок внутризаводского трубопровода (диаметр 120 мм) по транспортировке природного газа длиной 8 м был зачищен от краски, обработан карцеванием и покрыт методом газопламенного напыления с помощью установки "ТЕРКО-П" слоем полимера
(полиэтилентерефталат ТУ 6-06-С199-86), толщиной 200-250 мкм. Предварительные замеры показали, что труба в данном участке нагревается в летнее время до +60 °С. Используя выражение (1) и учитывая, что прочность сцепления на отрыв полиэтилентерефталата
при газопламенном напылении составляет 11-13 МПа, была определена величина
αП ≤ (75-79) ⋅106 1/град. Для обеспечения требуемой величины αП в порошок полиэтилентерефталата добавили 11-13 об. % порошка оксида алюминия с размером частиц менее
50 мкм. Наблюдения за покрытым участком трубопровода в течение двух лет показали,
что точечные дефекты, трещины и отслоения не появились.
Соседний участок длиной трубы 2 м был покрыт согласно прототипу слоем полиэтилентерефталата без наполнителя. К концу первого года наблюдалось отслоение около
30 % площади покрытия, и практически все покрытие покрылось сеткой трещин. После
следующих 4-х месяцев эксплуатации отслоилось более 70 % покрытия.
Таким образом, покрытия, нанесенные по заявляемому способу, обладают большей
долговечностью благодаря повышенной адгезии, чем полученные по прототипу.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
88 Кб
Теги
патент, by10551
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа