RU2026887C1 - Process of application of anticorrosive coatings - Google Patents
Process of application of anticorrosive coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2026887C1 RU2026887C1 SU5031504A RU2026887C1 RU 2026887 C1 RU2026887 C1 RU 2026887C1 SU 5031504 A SU5031504 A SU 5031504A RU 2026887 C1 RU2026887 C1 RU 2026887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibrations
- frequency
- product
- ultrasonic
- excited
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области физики твердого тела, акустики, механики и может быть использовано для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы, керамику, пластмассы и другие твердые материалы с использованием упругого миграционного эффекта и кавитации. The invention relates to the field of solid state physics, acoustics, mechanics, and can be used for applying anti-corrosion coatings to metals, ceramics, plastics, and other solid materials using an elastic migration effect and cavitation.
Известен способ [1] нанесения антикоррозионных покрытий, согласно которому наносят неорганические покрытия, состоящие из окисных, фосфатных и других сложных неорганических соединений, наносимых электролитическими методами - оксидированием, фосфатизированием, пассивированием и анодированием. A known method [1] of applying anti-corrosion coatings, according to which inorganic coatings are applied, consisting of oxide, phosphate and other complex inorganic compounds deposited by electrolytic methods - oxidation, phosphatization, passivation and anodization.
Известные методы трудоемки, нетехнологичны, не позволяют использовать резонансные свойства материалов и осуществлять эффективную защиту материалов от коррозии. Known methods are laborious, low-tech, do not allow the use of the resonant properties of materials and to effectively protect materials from corrosion.
Известен способ [2] нанесения антикоррозионных покрытий, при котором используют плазменное напыление, а также осаждение из газовой фазы или вакуумного испарения металлов на защищаемую поверхность металлов. A known method [2] of applying anti-corrosion coatings, which use plasma spraying, as well as deposition from the gas phase or vacuum evaporation of metals on the protected surface of metals.
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не принимает во внимание структурные особенности материала изделия и не использует его резонансные свойства. Способ не позволяет заполнять поры, трещины и дефекты в материале изделия в процессе нанесения антикоррозионных покрытий, т.е. осуществить инъекцию защитных материалов внутрь изделия, вследствие чего снижается срок службы изделий, в особенности при их работе в агрессивных средах. The known method is time-consuming, low-tech, does not take into account the structural features of the material of the product and does not use its resonant properties. The method does not allow filling pores, cracks and defects in the material of the product in the process of applying anti-corrosion coatings, i.e. to carry out the injection of protective materials inside the product, as a result of which the service life of the products is reduced, especially when they work in aggressive environments.
Цель изобретения - улучшение качества нанесения защитных материалов и увеличение срока службы изделия за счет использования упругого миграционного эффекта и кавитации во флюидсодержащих растворах, заполняющих поры, трещины и дефекты в материале. The purpose of the invention is to improve the quality of the application of protective materials and increase the service life of the product through the use of an elastic migration effect and cavitation in fluid-containing solutions filling pores, cracks and defects in the material.
Поставленная цель достигается тем, что перед нанесением покрытия возбуждают в металле ультразвуковые колебания, определяют частоту собственных колебаний металла и осуществляют ультразвуковые воздействия одновременно с нанесением покрытия. This goal is achieved by the fact that before coating, excite ultrasonic vibrations in the metal, determine the frequency of natural vibrations of the metal and carry out ultrasonic effects simultaneously with the coating.
Перед нанесением покрытия интенсивность ультразвуковых колебаний плавно поднимают от минимально возможного уровня, равного 0,2-0,3 от величины разрушающих напряжений на растяжение для данного материала. Before coating, the intensity of ultrasonic vibrations is smoothly raised from the lowest possible level equal to 0.2-0.3 of the value of tensile stresses for a given material.
Перед нанесением покрытия возбуждают в металле ультразвуковые колебания частотой от 0,6 до 50,0 МГц с учетом структурных особенностей и кристаллического строения металла, и после ультразвукового воздействия на частоте собственных колебаний переходят на частоту, близкую к резонансной. Before applying the coating, ultrasonic vibrations in the metal are excited in the frequency from 0.6 to 50.0 MHz, taking into account the structural features and crystal structure of the metal, and after ultrasonic exposure at the frequency of natural vibrations, they pass to a frequency close to the resonant.
На фиг.1 приведена схема реализации способа. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method.
На схеме показано изделие 1, ультразвуковые широкополосные преобразователи 2, усилитель 3 мощности, генератор 4 импульсов, устройство 5 для нанесения антикоррозионных покрытий на поверхность изделия, микропроцессор 6 для управления процессом ультразвукового воздействия на изделие. The diagram shows a
На фиг.2 показано изменение радиуса кавитационного пузырька R во времени при постоянном Ро=106 Па на частоте 105˙5 Гц, где 1-Po=105 Па, 2 - Ро= 5˙105 Па, 3 - Ро=106 Па (10 атм).Figure 2 shows the change in the radius of the cavitation bubble R in time at a constant P o = 10 6 Pa at a frequency of 10 5 ˙5 Hz, where 1-P o = 10 5 Pa, 2 - P o = 5˙10 5 Pa, 3 - P o = 10 6 Pa (10 atm).
Способ осуществляют следующим образом: посредством преобразователя 2 и схемы 3, 4, 5 возбуждают в материале изделия ультразвуковые колебания в широком диапазоне частот от 0,6 до 50,0 МГц исходя из условий волнового подобия и кристаллического строения материала изделия, так как для приведения локального участка материала изделия необходимо, чтобы длина возбуждаемой волны была соизмерима с размерами неоднородностей, слагающих материала изделия. При скорости продольных колебаний в материале изделия, равной 5000 м/с, и размерах кристаллов слагающих материала в пределах 0,1-3,0 мм частоты ультразвукового воздействия будут равны: при длине волны 0,1 мм: (5000 м/с)/(0,1˙10-3 мм)= 50 МГц; при длине волны 3,0 мм : (5000 м/с)/(3,0˙10-3 мм)=1,5 МГц.The method is as follows: by means of the transducer 2 and
При условии, что размеры пор и трещин могут превышать 3,0 мм, нижний диапазон частоты выбирают не 1,5 МГц, а 0,6 МГц. Provided that the pore and crack sizes can exceed 3.0 mm, the lower frequency range is chosen not 1.5 MHz, but 0.6 MHz.
Интенсивность ультразвуковых колебаний плавно поднимают от минимально возможного уровня до величины, равной 0,2-0,3, от величины разрушающих напряжений материала на растяжение в совокупности с нанесением на поверхность изделия защитных материалов в расплавленном или другом физическом состоянии - аннодирование, пассивирование и т.д. Если изделие, например обсадные трубы в скважине, работают в контакте с агрессивными средами (кислоты и другие вещества), то вначале изделие приводят в возбужденное состояние в широком диапазоне частот от 0,6 до 50,0 МГц, колебания осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия материала сменят деформации сжатия. После этого переходят на частоту ультразвукового воздействия, равную частоте собственных колебаний материала изделия, и вибровоздействия осуществляют в совокупности с нанесением защитного покрытия в течение времени, при котором концентрация газовых компонентов, истекающих из пор и трещин материала изделия, снизится до первоначального уровня - до нанесения защитного покрытия. The intensity of ultrasonic vibrations smoothly increases from the lowest possible level to a value of 0.2-0.3, from the value of the tensile stresses of the material in combination with the application of protective materials to the surface of the product in a molten or other physical state - anodizing, passivation, etc. d. If the product, for example, casing pipes in the well, is in contact with aggressive media (acids and other substances), then at first the product is brought into an excited state in a wide frequency range from 0.6 to 50.0 MHz, the oscillations are carried out over time, at which compression deformations of the material will replace compression deformations. After that, they switch to a frequency of ultrasonic exposure equal to the frequency of natural vibrations of the product material, and vibration exposure is carried out in conjunction with the application of a protective coating for a time at which the concentration of gas components flowing from the pores and cracks of the material of the product decreases to the initial level - before applying the protective coverings.
Для увеличения эффективности способа в материале изделия возбуждают ультразвуковые колебания и в местах изделия, нагретых свыше 80оС, инициируют кавитирующие взрывы, которые возникают при распространении ультразвуковой волны в зоне разрежения волны и схлопывающихся в зоне сжатия. Это способствует резкому увеличению проницаемости материала за счет кумулятивной миграции флюидов - расплавленных защитных материалов - в поры, дефекты и трещины материала изделия, и более полному заполнению их защитным материалом и более прочному сцеплению в горячем состоянии разнородных материалов - материала изделия и защитного материала.To increase the efficiency of the process in the material excite ultrasonic vibrations products and places articles heated above 80 ° C, initiate cavitating explosions that occur in the propagation of ultrasonic waves in the wave of rarefaction zone and collapsing in the compression zone. This contributes to a sharp increase in the permeability of the material due to the cumulative migration of fluids - molten protective materials - into the pores, defects and cracks of the product material, and to more fully fill them with protective material and more durable adhesion of dissimilar materials - product material and protective material in the hot state.
Для повышения эффективности способа и увеличения срока службы изделия во время процесса нанесения защитных материалов измеряют температуру материала изделия, выбирают оптимальный режим нанесения защитных покрытий с таким условием, чтобы избежать негативных явлений индуцирования в материале изделия остаточных напряжений, для чего во время, до и после вибровоздействия измеряют в материале изделия скорости распространения продольной и двух сдвиговых волн с взаимно ортогональной поляризацией и, зная плотность материала, упругие постоянные второго и третьего порядка а, b, c определяют из соотношений теории упругости начальные напряжения, действующие в материале изделия в процессе нанесения защитных покрытий и, исходя из напряженно-деформированного состояния материала, выбирают оптимальный режим нанесения защитных покрытий и скорость его нанесения на поверхность изделия. Таким образом, приведение локального участка материала изделия в возбужденное состояние посредством ультразвуковых воздействий в широком диапазоне частот способствует более полному заполнению пустот дефектов и трещин материала изделия защитным материалом, что в конечном итоге увеличивает в несколько раз срок службы изделия и снижает энергоемкость процесса на 40-80% по сравнению с имеющимися технологиями, поскольку вибрации, вызываемые ультразвуком, позволяют защитному материалу проникнуть вглубь материала и более полно заполнить поры и трещины, повысив при этом на 10-20% прочность материала и в 3-5 раз срок службы изделий. To increase the efficiency of the method and increase the service life of the product during the process of applying protective materials, measure the temperature of the material of the product, choose the optimal mode of applying protective coatings in such a way as to avoid negative phenomena of inducing residual stresses in the material of the product, for which during, before and after vibration measure the propagation velocity of longitudinal and two shear waves with mutually orthogonal polarization in the product material and, knowing the density of the material, elastic standing second and third order data a, b, c determine the initial stresses acting in the material of the product during the application of protective coatings from the relations of the theory of elasticity and, based on the stress-strain state of the material, choose the optimal mode of applying protective coatings and the speed of its application to the surface of the product . Thus, bringing the local part of the product material to an excited state through ultrasonic influences in a wide frequency range contributes to a more complete filling of the voids of defects and cracks in the product material with protective material, which ultimately increases the product service life by several times and reduces the process energy consumption by 40-80 % compared with existing technologies, since the vibrations caused by ultrasound allow the protective material to penetrate deep into the material and fill the pores more fully s and cracks, while increasing by 10-20% the strength of the material and 3-5 times the service life of the products.
Предлагаемым способом наносят любые защитные покрытия на любые твердые материалы, пористость которых находится в пределах от 1% и выше, причем чем выше пористость материала, тем эффективнее работает способ, в особенности в резонансном режиме. The proposed method applies any protective coating to any solid materials, the porosity of which is in the range from 1% and higher, and the higher the porosity of the material, the more efficient the method works, especially in resonance mode.
Сущность способа состоит в том, что на пути распространения ультразвуковой волны возникают волны сжатия и растяжения, способствующие тому флюиды - расплав защитного материала, попадающий в поры, трещины и дефекты изделия, распространяются - мигрируют на несколько порядков быстрее, чем в отсутствие ультразвуковой волны. В особенности этот эффект проявляется на частоте резонанса - частоте собственных колебаний материала изделия, что вызывает: перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения ультразвуковой волны; дегазацию локального участка материала изделия, истечения газовых компонент из пор и трещин и дефектов изделия под воздействием вибраций; кавитирующие явления, носящие вероятностный характер, и проявляющиеся при определенных начальных и граничных условиях, основными из которых являются:
- совпадение направления распространения ультразвуковой волны с направлением простирания пор и трещин в материале изделия;
- соизмеримость длины волны и размеров и пор и трещин в материале;
- близость частоты ультразвуковых импульсов к частоте собственных колебаний флюидов - расплава защитного материала, попадающего в поры и трещины материала изделия;
- температурные градиенты на пути распространения ультразвуковой волны;
- наличие твердых включений в расплаве, наносимом защитном материале, твердых частиц размерами 0,01-0,03 мм, что способствует зарождению кавитирующих явлений на пути распространения ультразвуковой волны, причем в зоне разрежения возникают гидроразрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия ультразвуковой волны.The essence of the method consists in the fact that compression and tensile waves appear along the path of the ultrasonic wave propagation, the fluids - the melt of the protective material entering the pores, cracks and defects of the product propagate - migrate several orders of magnitude faster than in the absence of the ultrasonic wave. In particular, this effect manifests itself at the resonance frequency — the frequency of natural vibrations of the product material, which causes: redistribution of the field of elastic stresses along the path of propagation of the ultrasonic wave; degassing of the local area of the product material, the outflow of gas components from pores and cracks and defects of the product under the influence of vibrations; cavitating phenomena that are probabilistic in nature and manifest themselves under certain initial and boundary conditions, the main of which are:
- coincidence of the direction of propagation of the ultrasonic wave with the direction of stretching of pores and cracks in the material of the product;
- the commensurability of the wavelength and size and pores and cracks in the material;
- the proximity of the frequency of ultrasonic pulses to the frequency of natural vibrations of the fluid is a melt of the protective material that enters the pores and cracks of the product material;
- temperature gradients along the path of ultrasonic wave propagation;
- the presence of solid inclusions in the melt, the protective material applied, and solid particles with sizes of 0.01-0.03 mm, which contributes to the generation of cavitating phenomena along the path of ultrasonic wave propagation, and in the rarefaction zone hydraulic fractures occur - tiny bubbles filled with steam and gas and collapse in the compression zone of the ultrasonic wave.
Преимущества способа состоят в том, что возбуждение в материале изделия ультразвуковых колебаний с интенсивностью 0,2-0,3 от величины разрушающих напряжений на растяжение позволяют:
- закачать в материал упругую энергию в выбранном диапазоне частот в режиме накопления и тем самым управлять состоянием и свойствами материала в процессе нанесения защитных покрытий;
- повысить эффективность способа за счет более полного заполнения пор, трещин и дефектов изделия и тем самым повысить не только прочность материала, но и увеличить срок его службы;
- снизить энергоемкость способа нанесения защитных покрытий на 20-40%.The advantages of the method are that the excitation in the material of the product of ultrasonic vibrations with an intensity of 0.2-0.3 of the magnitude of the tensile stresses of tension allows:
- inject elastic energy into the material in the selected frequency range in the accumulation mode and thereby control the state and properties of the material during the application of protective coatings;
- to increase the efficiency of the method due to a more complete filling of pores, cracks and defects of the product and thereby increase not only the strength of the material, but also increase its service life;
- reduce the energy intensity of the method of applying protective coatings by 20-40%.
Использование заявляемого способа позволит значительно повысить качество наносимых покрытий, снизить энергоемкость и увеличить срок службы изделия по сравнению с имеющимися классическими технологиями нанесения защитных покрытий, не использующими упругий (миграционный) эффект, кавитацию и структурно-механические свойства материалов изделия. Using the proposed method will significantly improve the quality of the applied coatings, reduce the energy intensity and increase the service life of the product in comparison with the existing classical technologies for applying protective coatings that do not use the elastic (migration) effect, cavitation and structural and mechanical properties of the product materials.
П р и м е р. Для нанесения защитных покрытий на крыло автомобиля толщиной 2,0 мм размещали на нем 8 ультразвуковых преобразователей из ЦТС-19 толщиной 5,0 мм, возбуждали в материале крыла ультразвуковые колебания генератором 3Г-6, используя усилитель мощности, собранный на транзисторе КТ 831А, и управляли интенсивностью ультразвуковых колебаний и частотой возбуждаемых колебаний с использованием микропроцессора. PRI me R. To apply protective coatings to the wing of a car 2.0 mm thick, 8 ultrasonic transducers from TsTS-19 with a thickness of 5.0 mm were placed on it, ultrasonic vibrations were excited in the wing material by a 3G-6 generator using a power amplifier assembled on a KT 831A transistor, and controlled the intensity of ultrasonic vibrations and the frequency of the excited vibrations using a microprocessor.
Вначале определяли частоту собственных колебаний материала крыла, для чего частоту колебаний плавно повышали с уровня 60 кГц с шагом через 1,0 кГц и измеряли амплитуду колебаний на каждой частоте. Максимальный уровень амплитуды соответствует собственной частоте колебаний, которая была равна 560 кГц, и на этой частоте все 8 ультразвуковых преобразователей синхронно работали - возбуждали колебания в материале крыла с интенсивностью 16 Вт/см2 что составляло 0,26 от величины разрушающих напряжений материала изделия. Вибровоздействия ультразвуковыми колебаниями осуществляли в течение 17 мин, и затем плазменным напылением осуществляли напыление хрома. Часть крыла размером 25х25 см помещали в 50%-ный раствор серной кислоты. Такую же пластинку, на которую напыление было проведено без вибровоздействий тем же защитным материалом, из того же материала, поместили в тот же раствор. После 16 сут непрерывного пребывания в растворе серной кислоты материал крыла, подверженный вибровоздействиям, остался без изменения, в то время как на материале, не подверженном вибровоздействиям, примерно 76% поверхности подверглось коррозии. Прочность материалов на растяжение предлагаемым способом и классическим способом отличалась от первоначальной на 18%, т.е. прочность материала - СТЗ до и после нанесения на нее защитного покрытия повысилась по сравнению с первоначальной на 18%.First, the frequency of natural vibrations of the wing material was determined, for which the frequency of oscillations was gradually increased from the level of 60 kHz in increments of 1.0 kHz, and the amplitude of vibrations at each frequency was measured. The maximum amplitude level corresponds to the natural vibration frequency, which was 560 kHz, and at this frequency all 8 ultrasonic transducers worked synchronously - they excited oscillations in the wing material with an intensity of 16 W / cm 2, which amounted to 0.26 of the value of the breaking stresses of the product material. Vibration by ultrasonic vibrations was carried out for 17 min, and then chromium was sputtered by plasma spraying. Part of the wing measuring 25x25 cm was placed in a 50% solution of sulfuric acid. The same plate on which the spraying was carried out without vibration by the same protective material, from the same material, was placed in the same solution. After 16 days of continuous stay in a solution of sulfuric acid, the wing material exposed to vibrations remained unchanged, while on a material not subject to vibrations, approximately 76% of the surface corroded. The tensile strength of materials by the proposed method and the classical method differed from the original by 18%, i.e. the strength of the material - STZ before and after applying a protective coating to it increased by 18% compared to the original.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031504 RU2026887C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Process of application of anticorrosive coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031504 RU2026887C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Process of application of anticorrosive coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2026887C1 true RU2026887C1 (en) | 1995-01-20 |
Family
ID=21598920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5031504 RU2026887C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Process of application of anticorrosive coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2026887C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569548C2 (en) * | 2013-10-24 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density |
-
1991
- 1991-12-28 RU SU5031504 patent/RU2026887C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Акимов Г.В. Основы учета о коррозии и защите металлов. М., 1946. * |
| 2. Кречмар Э. Напыление металлов керамики и пластмасс. М., 1968, с.56. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569548C2 (en) * | 2013-10-24 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7395827B2 (en) | Apparatus to produce acoustic cavitation in a liquid insonification medium | |
| Woodside et al. | Acoustic force distribution in resonators for ultrasonic particle separation | |
| US20200346254A1 (en) | Ultrasonic concrete form cleaning method | |
| CN110864988B (en) | Device and method for researching cavitation erosion evolution process | |
| RU2026887C1 (en) | Process of application of anticorrosive coatings | |
| US20200270712A1 (en) | Method and device for reducing and homogenizing residual stress of a component | |
| CN104015244B (en) | A kind of laser near-net-shape Al 2o 3the method of ceramic structures | |
| Nomura et al. | Effects of turbulence by ultrasonic vibration on fluid flow in a rectangular channel | |
| He et al. | The ultrasonic characteristics of high frequency modulated arc and its application in material processing | |
| RU2109841C1 (en) | Method for deposition of corrosion-resistant coatings | |
| Zinin et al. | Determination of density and elastic constants of a thin phosphoric acid-anodized oxide film by acoustic microscopy | |
| CN115058585A (en) | Ultrasonic cavitation impact reduction and homogenization method for residual stress of complex curved surface component | |
| Fayrushin et al. | The effects of vibration treatment in the process of welding on the structure of metal of seam weld | |
| RU2109610C1 (en) | Method for fusing products by wear resistant materials | |
| Watanabe et al. | A study on a new flexural-mode transducer-solid horn system and its application to ultrasonic plastics welding | |
| JP4578918B2 (en) | Residual stress portion reducing method and residual stress portion reducing device | |
| Agranat et al. | Ultrasonic cleaning | |
| Mastobaev | Application of ultrasound for the destruction of resin-paraffin deposits in pipeline transport of oil | |
| Negishi | Negative group velocities of Lamb waves | |
| Sarasua et al. | Non-immersion ultrasonic cleaning for heliostats | |
| ENDo et al. | Fundamental Studies of Cavitation Erosion: In the Case of Low Cavitation Intensity | |
| Massa | Ultrasonics in industry | |
| RU2218273C1 (en) | Method of impregnation of half-finished wood product | |
| KR100247863B1 (en) | Method for the surface treatment of a metallic product in a reactive solution | |
| Hongoh et al. | Configuration of a 20-mm-diameter 150 kHz ultrasonic longitudinal vibration system for plastic welding |