Научная статья на тему 'ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛИБДЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ В УЗЛАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ АРМАТУРЫ'

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛИБДЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ В УЗЛАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ АРМАТУРЫ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
92
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОЛИБДЕН / ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ / РЕЕЧНЫЙ МЕХАНИЗМ НЕФТЕГАЗОВОЙ АРМАТУРЫ / ПАРАМЕТРЫ ПОКРЫТИЯ / ИСПЫТАНИЯ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Косогова Ю.П., Мамонтова Е.Р., Томилин С.А., Погорелов М.В., Ольховская Р.А.

Использование антифрикционных материалов в подвижных узлах снижает вероятность износа компонентов, повышается надежность, срок эксплуатации деталей и механизмов в целом. В работе рассматривалась эффективность молибденового покрытия в конструкции нефтегазовой арматуры, а именно, осесимметричном обратном клапане и регулирующем клапане. Проведены испытания на прочность, толщину, микротвердость покрытия в реечном механизме нефтегазовой арматуры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE USE OF MOLYBDENUM COATING IN OIL AND GAS FITTINGS

The use of anti-friction materials in moving units reduces the likelihood of component wear, increases reliability, service life of parts and mechanisms as a whole. The paper considered the effectiveness of molybdenum coating in the design of oil and gas fittings, namely, an axisymmetric check valve and a control valve. Tests for strength, thickness, microhardness of the coating in the rack and pinion mechanism of oil and gas fittings were carried out.

Текст научной работы на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛИБДЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ В УЗЛАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ АРМАТУРЫ»

Использование молибденового покрытия в узлах нефтегазовой арматуры

1 11 2 Ю.П. Косогова , Е.Р. Мамонтова , С.А. Томилин , М.В. Погорелов ,

Р.А. Ольховская1, Е.С. Арсентьева1

1Волгодонский инженерно-технический институт -филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»;

2 АО «Атоммашэкспорт»

Аннотация: Использование антифрикционных материалов в подвижных узлах снижает вероятность износа компонентов, повышается надежность, срок эксплуатации деталей и механизмов в целом. В работе рассматривалась эффективность молибденового покрытия в конструкции нефтегазовой арматуры, а именно, осесимметричном обратном клапане и регулирующем клапане. Проведены испытания на прочность, толщину, микротвердость покрытия в реечном механизме нефтегазовой арматуры.

Ключевые слова: молибден, подшипник скольжения, реечный механизм нефтегазовой арматуры, параметры покрытия, испытания.

Введение в состав смазочного материала мелкодисперсных твердофазных частиц благоприятно сказывается на увеличении износостойкости пар трения вследствие формирования ориентированных структур в зоне контакта, полирующего действия наночастиц и создания на поверхностях трения многофункциональной пленки, состоящей из агрегатов единичных частиц, с большим числом микроплоскостей, заполненных жидкофазным компонентом смазочного материала [1-3]. Одним из материалов, существенно снижающих коэффициент трения, является молибден (химический символ - Mo). На основе соединений молибдена изготавливают противозадирные высокотемпературные смазочные материалы [4, 5]. Они повышают работоспособность различных аппаратов и защищают поверхности от механического воздействия при высоких температурах. Исключительной особенностью частиц дисульфида молибдена является его способность образовывать очень прочные приповерхностные пленки, в которых атомы серы притягиваются к металлу [6, 7], а молекулярные слои легко скользят относительно друг друга с минимальным коэффициентом трения.

В работе рассматривалась эффективность применения молибденового покрытия в конструкции нефтегазовой арматуры, а именно, осесимметричном обратном клапане и регулирующем клапане. Подвижные сопряжения клапанов, в частности, механизм реечный, подвержены повышенному трению, что отрицательно влияет на эксплуатационные свойства и сокращает срок службы изделий. Молибденовое покрытие наносится однократно и в течение всего срока службы устройств обеспечивает защиту. Из известного большого количества способов нанесения молибденового покрытия [8-10] было выбрано плазменное напыление. Покрытия наносятся на установке «Луч-1» газопламенным способом, а на установке «Луч-2» - микроплазменным способом распыления порошка молибдена. Предварительно поверхность обрабатывается струйно-абразивным методом. Детали, подлежащие покрытию, изготавливаются из стали 12Х13 ГОСТ 5632-2014, стали 20Х13 ГОСТ 5632-2014 (твердость 217255 Ж), стали 14Х17Н2 ГОСТ 5632-2014 (твердость 293-331^). Нанесению подвергаются наружные цилиндрические поверхности диаметром от 30 мм до 120 мм, контур зубчатой рейки по ГОСТ 13755-81 с модулем 1,5-2 мм и поверхности их сопряжения. Все кромки покрываемых поверхностей имеют шероховатость Ra 1,6.. .6,3 мкм.

Технические параметры получаемого покрытия:

1. Номинальная толщина Тн покрытия - 0,15.0,3 мм.

2. Допускаемые отклонения толщины покрытия:

- на цилиндрических поверхностях +30 % Тн,

- на боковых поверхностях профиля впадины зуба от середины высоты зуба до вершины и на площадках вершин зубьев +50% Тн,

- во впадинах зубьев -50% Тн,

- на переходных участках от впадины зуба до средины высоты зуба ± 50%Тн.

3. Микротвердость покрытия по 300-400 HВ.

_ 2

4. Прочность сцепления (адгезия) не менее 250 кгс/см .

Прочность соединения с основным материалом (адгезия) испытывалась по методике приложения №2 ГОСТ 9.304-87 при аттестации новой партии молибденового порошка. Контроль толщины покрытия материала по профилю зуба выполнялся на образцах-свидетелях без скругления кромки по профилю зуба. Покрытие, образовавшееся на торце образца, удалялось алмазным надфилем, граница между основным материалом и покрытием по профилю просматривается. Толщина покрытия измерялась при помощи измерительной лупы с ценой деления 0,05 мм.

Контроль толщины покрытия на цилиндрической части выполнялся с помощью приспособления. Деталь устанавливалась в центре или в призмы концевыми шейками. Индикатор часового типа настраивался на «0» в зонах без покрытия. Перемещением индикатора вдоль оси детали с периодическим ее поворотом определялась толщина покрытия.

Контроль микротвердости покрытия производился на образце-свидетеле, который покрывался одновременно и по той же технологии, что и штатные детали.

На базе АО «Атоммашэкспорт» г. Волгодонск были проведены испытания на подтверждение работоспособности подшипника скольжения («ЦН-6Л - молибден») для клапанов обратных осесимметричных на условный проход DN 400... 600. Результаты представлены на рис.1.

Выяснилось, что без молибденового покрытия перемещение штока с диском (грузом) из положения «открыто» в «закрыто» осуществлялось с заеданиями, усилие перемещения штока составило при 1 цикле 35 кгс. После 5 циклов наблюдалось заклинивание.

При испытании ЦН-6Л (после полировки) по молибдену перемещение штока без диска (груза) за 1 цикл «открыто-закрыто» осуществлялось плавно без заеданий, усилие перемещение штока составило 2 кгс. Перемещение штока с диском (грузом) из положения «открыто» в «закрыто»

осуществлялось плавно без заеданий, при этом усилия перемещения равны: при 1 цикле 16-32 кгс; после 10 циклов 18-37 кгс; после 200 циклов 18-37 кгс.

35

без покрытия ЦН-6Л по Мо Мо по Мо Сг по Мо

Рис. 1. - Усилия по перемещению штока с диском (грузом) из положения «открыто» в положение «закрыто» в кгс

При трении молибдена (после полировки) по молибдену при нормальной температуре перемещение штока без диска (груза) за 1 цикл «открыто-закрыто» осуществлялось плавно без заеданий, усилие перемещение штока составило 0,02 кгс. Усилия при перемещении штока с диском (грузом) из положения «открыто» в «закрыто» составили: при 1 цикле 11-15 кгс; после 10 циклов 12-19 кгс; после 100 циклов 16-22 кгс; после 200 циклов 22-40 кгс. При повышенной температуре 300 оС: после 10 циклов 20-30 кгс; после 100 циклов 34-55 кгс; после 200 циклов 30-38 кгс.

При испытании кластерного хрома по молибдену при нормальной температуре усилие перемещения штока без диска (груза) за 1 цикл «открыто-закрыто» составило 0,014 кгс. Усилия при перемещении штока с

диском (грузом) из положения «открыто» в «закрыто» составили: при 1 цикле 11-13 кгс; после 10 циклов 12-15 кгс; после 100 циклов 13-16 кгс; после 200 циклов 15-17 кгс. При повышенной температуре 350 оС: после 1 цикла 20-30 кгс, после 2 циклов до 60 кгс.

Таким образом, установлено, что применение покрытия снижает трение в зубчатом зацеплении до 3-5 раз. Это позволяет увеличить ресурс узла, повысить плавность хода и точность регулирования клапана. В процессе исследований была установлена высокая стойкость к агрессивным средам (высокой температуре, наличию щелочных и кислотных примесей в рабочей среде), высокая износостойкость, даже при работе без смазки или в условиях без постоянного возобновления смазки.

Литература

1. Косогова Ю.П., Бурлакова В.Э. Сравнение триботехнической эффективности смазочных композиций, содержащих наночастицы меди, свинца и палладия // Инженерный вестник Дона. 2016. № 2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_52_Kosogova.pdf_f2f0df7ac5.pdf.

2. Косогова Ю.П., Бурлакова В.Э. Сравнение противоизносных свойств водно-органических растворов, содержащих наноразмерные частицы свинца и палладия // Инженерный вестник Дона. 2016. № 2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_51_Kosogova.pdf_840e4fa42a..

3. Щербаков И.Н. О системном подходе к разработке композиционных антифрикционных покрытий // Инженерный вестник Дона. 2013. № 1. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_86_Sherbakov.pdf_1567.pdf.

4. Крыхтин Ю.И., Шабалин А.В. Эксплуатационные характеристики дисков трения с покрытием на молибденовой основе // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2001. № 8. С.24-26.

5. Jain V., Patel S., Patel P., Patel K., Shah D. Study of molybdenum trioxide thin film deposited using dip coating method // Materials today:

Proceedings. 2019 recent trends in environment and sustainable development. RTESD. 2019. pp. 1700-1703.

6. Карлов В.И. Разработка заготовок дисков трения с молибденовым покрытием для повышения надежности работы в масле в трансмиссионных узлах машин // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2016. № 8 (187). С. 75-78.

7. Chakraborty S.P., Banerjee S., Sharma I.G., Suri A.K. Development of silicide coating over molybdenum based refractory alloy and its characterization // Journal of nuclear materials. 2010. No. 403. pp.152-159.

8. Терехина Е.В., Бушуева Е.Г., Овдина Д.С. Формирование молибденовых покрытий на стали 12Х18Н9Т методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки // Наука. Технологии. Инновации. Сб. научн. тр. конф. 03-07 декабря 2018 года. Новосибирск. 2018. С. 269-271.

9. Щетковский А.Н., Косило Б.И., Савенков Ю.Н., Асташева А.Ф. А.с. 945254 СССР, МКИ3 С 25 D 3/66. Способ электролитического нанесения молибденовых покрытий. - № 2939836/22-02; заявл. 11.06.80; опубл. 23.07.82. Бюл. № 27. URL: rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000945254_19820723_A1_SU/.

10. Лубнин А.Н., Лебедев Р.В., Ладьянов В.И., Пушкарев Б.Е., Файзуллин Р.Р., Балдаев Л.Х., Трещёв С.Ю. Осаждение молибденовых покрытий безводородным методом CVD // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2021. Т.58. № 1. С.61-69.

References

1. Kosogova Yu.P., Burlakova V.E. Inzhenernyj vestnik Dona, 2016, №2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_52_Kosogova.pdf_f2f0df7ac5.pdf.

2. Kosogova Yu.P., Burlakova V.E. Inzhenernyj vestnik Dona, 2016, №2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_51_Kosogova.pdf_840e4fa42a.pdf.

3. Shcherbakov I.N. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №1. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_86_Sherbakov.pdf_1567.pdf.

4. Krykhtin Yu.I., Shabalin A.V. Traktory i sel'skohozyajstvennye mashiny, 2001, № 8. pp. 24-26.

5. Jain V., Patel S., Patel P., Patel K., Shah D. Materials today: Proceedings. 2019 recent trends in environment and sustainable development, 2019, pp. 1700-1703.

6. Karlov V.I. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2016, №8 (187), pp. 75-78.

7. Chakraborty S.P., Banerjee S., Sharma I.G., Suri A.K. Journal of nuclear materials, 2010, No. 403, pp.152-159.

8. Terekhina E.V., Bushueva E.G., Ovdina D.S. Nauka. Tekhnologii. Innovacii, 2018. pp. 269-271.

9. Shchetkovsky A.N., Kosilo B.I., Savenkov Yu.N., Astasheva A.F. Sposob elektroliticheskogo naneseniya molibdenovyh pokrytij [Method of electrolytic application of molybdenum coatings], SU945254A1, 23.07.1982. URL: rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000945254_19820723_A1_SU/.

10. Lubnin A.N., Lebedev R.V., Ladyanov V.I., Pushkarev B.E., Faizullin R.R., Baldaev L.Kh., Treshchev S.Yu. Fizikohimiya poverhnosti i zashchita materialov, 2021, Vol.58, № 1, pp.61-69.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.