RU2776388C1

RU2776388C1 - Component of a turbomachine with a metal coating

Info

Publication number: RU2776388C1
Application number: RU2021127412A
Authority: RU
Inventors: Джованни ПУЛЬЧИ; Франческо МАРРА; Виргилио ДЖЕНОВА; Лаура ПАЛЬЯ; Элис ПРАНЦЕТТИ; Марко РОМАНЕЛЛИ; ПЬЕТРО Доменико ДИ; Филиппо КАППУЧЧИНИ
Original assignee: НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л.
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2022-07-19

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: proposed group of inventions relates to a turbomachine component, a turbomachine containing the specified component, and the application of a coating on at least part of the surface of a turbomachine component subject to wear and/or contamination. The turbomachine component contains a substrate at least partially coated with at least one chemically nickel-plated (ENP) layer of composition (C) containing a mixture of nickel, particles (P) with an average size of less than 1 mcm and at least one of boron and phosphorus. The specified layer of the composition (C) has a thickness from 10 to 250 mcm, and the specified particles (P) contain ceramic material, graphite-based material or fluoropolymer, or consist of them.

EFFECT: turbomachine component is obtained that is highly resistant to erosion and corrosion and makes it possible to increase the efficiency and service life of turbomachines and auxiliary components of turbomachines and at the same time reduce the number of undesirable stops necessary for the removal or cleaning of contaminants.

9 cl, 12 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

[0001] Описанный в настоящем документе объект изобретения относится к компоненту турбомашин, содержащему субстрат, по меньшей мере частично покрытый по меньшей мере одним слоем, нанесенным путем химического никелирования (ENP), к композиции (С), содержащей смесь никеля, по меньшей мере одного из бора и фосфора, и частиц (P), содержащих керамический материал, материал на основе графита и/или фторполимер. [0001] The subject matter described herein relates to a turbomachine component comprising a substrate at least partially coated with at least one electroless nickel (ENP) layer, to a composition (C) containing a mixture of nickel, at least one of boron and phosphorus, and particles (P) containing ceramic material, graphite-based material and/or fluoropolymer.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Засорение турбомашин и вспомогательных систем турбомашин, таких как компрессоры, насосы, турбины, теплообменники и т. п., является основным недостатком, из-за которого со временем ухудшаются эксплуатационные характеристики турбомашин. Загрязнение возникает вследствие нежелательного прилипания различных органических и неорганических материалов к металлическому субстрату. Распространенными примерами таких материалов являются дым, масляные туманы, углеродсодержащие остатки и морские соли. [0002] Fouling of turbomachines and ancillary systems of turbomachines, such as compressors, pumps, turbines, heat exchangers, etc., is a major drawback that degrades performance of turbomachines over time. Fouling results from the undesirable adhesion of various organic and inorganic materials to the metal substrate. Common examples of such materials are smoke, oil mist, carbonaceous residues and sea salts.

[0003] На адгезию и накопление материала также влияют масляные и водяные туманы, которые в сочетании с высокой температурой и давлением способствуют полимеризации углеводородов (например, при сжатии крекинг-газа) и/или образованию нагара/осаждений минеральных материалов (например, на теплообменниках, турбинах). В результате такое накопление материала вызывает ряд различных неблагоприятных эффектов, таких как потеря теплоэффективности теплообменного оборудования, высокие перепады давления флюида, потеря аэродинамических характеристик вследствие повышения шероховатости, и в конечном счете вызывает выход из строя оборудования с потерей производительности из-за незапланированного простоя установки. [0003] Adhesion and material accumulation are also affected by oil and water mist, which, in combination with high temperature and pressure, promotes the polymerization of hydrocarbons (for example, when compressing a cracked gas) and / or the formation of deposits / deposits of mineral materials (for example, on heat exchangers, turbines). As a result, this accumulation of material causes a number of different adverse effects such as loss of thermal efficiency of heat exchange equipment, high fluid pressure drops, loss of aerodynamic performance due to increased roughness, and ultimately causes equipment failure with loss of productivity due to unplanned plant downtime.

[0004] Засорение можно частично предотвращать с помощью соответствующих систем фильтрации газов, поступающих в турбомашины, и его можно устранять, по меньшей мере частично, путем промывки компонентов моющими средствами «в рабочем режиме». Однако, когда промывка в рабочем режиме больше неэффективна, необходимо выполнять более тщательное удаление, которое включает отключение установки с сопутствующим повышением эксплуатационных затрат и снижением производительности. [0004] Fouling can be partially prevented by appropriate filtration systems for the gases entering the turbomachines, and it can be eliminated, at least in part, by washing the components with detergents "in operation". However, when on-line flushing is no longer effective, more thorough removal must be performed, which includes shutting down the plant, with attendant increased operating costs and decreased productivity.

[0005] Одним из способов предотвращения этого недостатка без использования промывки является осаждение на поверхностях, подверженных накоплению загрязнений, слоя материала, который препятствует адгезии загрязнений к металлическому субстрату. Примерами таких материалов являются органические/неорганические, фторированные и нефторированные полимеры, которые, однако, имеют некоторые существенные недостатки. Фактически, хотя полимерные материалы эффективны в отношении органических загрязнений, они быстро изнашиваются, когда в потоке флюида, обрабатываемом компонентами турбомашин и вспомогательными системами турбомашин, также присутствуют неорганические частицы. После эрозии полимерного покрытия твердыми частицами (SPE), на субстрате без покрытия в итоге образуется загрязнение. Более того, нанесение полимерных покрытий требует нахождения поверхности на линии прямой видимости, как и при любых других процессах распыления. Основным недостатком данной прикладной методики является сложность нанесения покрытия на внутренние поверхности отверстий малого диаметра и другие поверхности с ограниченным доступом. [0005] One way to prevent this disadvantage without the use of washing is to deposit on surfaces prone to accumulation of contaminants a layer of material that prevents the adhesion of contaminants to the metal substrate. Examples of such materials are organic/inorganic, fluorinated and non-fluorinated polymers, which, however, have some significant disadvantages. In fact, while polymeric materials are effective against organic contaminants, they wear out quickly when inorganic particles are also present in the fluid stream handled by turbomachine components and turbomachine ancillary systems. After the polymer coating is eroded by particulate matter (SPE), the uncoated substrate will eventually become fouled. Moreover, the application of polymer coatings requires the surface to be in line of sight, as with any other spraying process. The main disadvantage of this applied technique is the difficulty of coating the inner surfaces of small diameter holes and other surfaces with limited access.

[0006] Помимо эрозии твердыми частицами, отложения полимерных материалов на компонентах турбомашинного оборудования страдают от эрозии каплями жидкости (LDE) вследствие впрыска воды/растворителя, что приводит к удалению традиционных покрытий и последующей эрозии материала основы, что приводит к снижению эффективности и преждевременному окончанию срока службы. Удаление полимерного покрытия (вследствие эрозии твердыми частицами или жидкостями) может в конечном счете вызвать коррозию основного материала компонентов из-за воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в потоке флюида. [0006] In addition to particulate erosion, deposits of polymeric materials on turbomachinery components suffer from liquid droplet erosion (LDE) due to water/solvent injection, which leads to the removal of traditional coatings and subsequent erosion of the base material, which leads to reduced efficiency and premature end of life. services. Removal of the polymer coating (due to erosion by solids or liquids) can eventually cause corrosion of the base material of the components due to the attack of contaminants present in the fluid stream.

[0007] Кроме того, металлический материал вращающихся компонентов турбомашин, как правило, деформируется во время эксплуатации, в частности при воздействии высоких скоростей вращения и теплового градиента. Для сохранения покрытия на поверхности материал покрытия должен повторять деформации нижележащего субстрата. Полимерные материалы часто растрескиваются, особенно при повышенных скоростях и при высокой скорости деформации. Более того, они обладают ограниченной адгезией к субстрату, которую обеспечивает только подготовка поверхности (пескоструйная обработка). Однако такая обработка субстрата не всегда возможна (например, поверхности со сверхчистовой отделкой или фрезерованные поверхности) В результате этого компонент с первоначальным покрытием может полностью или частично терять слой покрытия с течением времени, подвергаясь загрязнению, эрозии и коррозионной атаке. [0007] In addition, the metallic material of the rotating components of turbomachines tends to deform during operation, in particular when subjected to high rotational speeds and thermal gradients. To maintain the coating on the surface, the coating material must repeat the deformations of the underlying substrate. Polymeric materials often crack, especially at higher speeds and at high strain rates. Moreover, they have limited adhesion to the substrate, which is provided only by surface preparation (sandblasting). However, this treatment of the substrate is not always possible (e.g. high-finish or milled surfaces). As a result, the originally coated component may lose all or part of its coating layer over time, subject to contamination, erosion, and corrosion attack.

[0008] Известные покрытия для турбомашин не способны предотвращать загрязнение и в то же время сопротивляться коррозии и эрозии. [0008] Known coatings for turbomachines are not able to prevent fouling and at the same time resist corrosion and erosion.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0009] В одном аспекте описанный в настоящем документе объект изобретения относится к компоненту турбомашин, обладающему свойствами препятствования засорению и высокой устойчивостью к эрозии и коррозии. Описанный в настоящем изобретении компонент позволяет повышать эффективность и срок службы турбомашин и вспомогательных компонентов турбомашин и одновременно уменьшать число нежелательных остановок, необходимых для удаления/очистки загрязнений. [0009] In one aspect, the subject matter described herein relates to a turbomachine component having anti-fouling properties and high resistance to erosion and corrosion. The component described in the present invention improves the efficiency and service life of turbomachines and turbomachinery ancillary components and at the same time reduces the number of unwanted stops required to remove/clean up contaminants.

[0010] В другом аспекте описанный в настоящем документе объект изобретения относится к турбомашине, содержащей компонент, описанный выше. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, указанный компонент может представлять собой часть центробежного компрессора, поршневого компрессора, газовой турбины, центробежного насоса, компонента, находящегося ниже уровня моря, паровой турбины или вспомогательной системы турбомашины (к которым относятся, без ограничений, компоненты для обеспечения давления потока, теплообменные компоненты, оборудование для оценки, буровое оборудование, оборудование для завершения скважин, оборудование для внутрискважинных работ, оборудование, находящееся ниже уровня моря). [0010] In another aspect, the subject matter described herein relates to a turbomachine comprising the component described above. By way of non-limiting example, said component may be part of a centrifugal compressor, reciprocating compressor, gas turbine, centrifugal pump, sub-sea component, steam turbine, or turbomachine auxiliary system (which includes, but is not limited to, components for flow pressure, heat exchange components, evaluation equipment, drilling equipment, well completion equipment, downhole equipment, subsea equipment).

[0011] В другом аспекте объект изобретения, описанный в настоящем документе, относится к применению покрытия, содержащего по меньшей мере один слой композиции (С), из смеси, содержащей никель, по меньшей мере один из бора и фосфора и частицы размером менее 1 микрометра, для предотвращения эрозии, коррозии и накопления загрязнений на поверхности турбомашин, причем указанное применение включает нанесение указанной композиции (С) на по меньшей мере часть поверхности компонентов турбомашины, потенциально подверженной эрозии, и/или коррозии, и/или засорению, путем химического никелирования (ENP). [0011] In another aspect, the subject matter described herein relates to the use of a coating containing at least one layer of composition (C) from a mixture containing nickel, at least one of boron and phosphorus, and particles less than 1 micrometer in size. , to prevent erosion, corrosion and accumulation of contaminants on the surface of turbomachines, and said application includes applying said composition (C) to at least a portion of the surface of turbomachine components potentially subject to erosion and/or corrosion and/or clogging, by chemical nickel plating ( ENP).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS

[0012] Описанные варианты осуществления изобретения и многие сопутствующие ему преимущества можно более полно оценить и понять в ходе изучения следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми фигурами: [0012] The described embodiments of the invention and many of its attendant advantages can be more fully appreciated and understood in the course of studying the following detailed description, considered in connection with the accompanying figures:

На Фиг. 1 показаны полученные с помощью растровой электронной микроскопии (SEM) изображения субстрата, покрытого ENP-композициями, описанными в настоящем документе, которые соответственно содержат керамические частицы, частицы политетрафторэтилена (PTFE) и смесь керамических частиц и частиц PTFE.On FIG. 1 shows scanning electron microscopy (SEM) images of a substrate coated with the ENP compositions described herein, which respectively contain ceramic particles, polytetrafluoroethylene (PTFE) particles, and a mixture of ceramic particles and PTFE particles.

На Фиг. 2 показаны значения твердости ENP-покрытия без наполнителей и ENP-покрытий, содержащих частицы, описанные в настоящем документе.On FIG. 2 shows the hardness values of the unfilled ENP coating and the particle-containing ENP coatings described herein.

На Фиг. 3, 4 и 5 соответственно показаны результаты анализа методом EDS (энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии) для ENP + фторполимерные частицы, ENP + неорганические частицы и ENP + фторполимер + неорганические частицы.On FIG. 3, 4 and 5 respectively show the results of EDS analysis for ENP + fluoropolymer particles, ENP + inorganic particles, and ENP + fluoropolymer + inorganic particles.

На Фиг. 6 показаны результаты испытания на адгезию, проведенного на двух ENP-покрытиях, описанных в настоящем документе, содержащих частицы фторполимера или неорганические частицы.On FIG. 6 shows the results of an adhesion test carried out on the two ENP coatings described herein containing fluoropolymer particles or inorganic particles.

На Фиг. 7 представлены SEM-изображения в поперечном сечении образцов после воздействия на них в течение 90 дней влажного газа, загрязненного только хлоридами (100 000 м.д. Cl^-) и диоксидом углерода (CO₂) при 10 бар (Фиг. 7a) или при 50 бар (Фиг. 7b), или загрязненного смесью CO₂ (10 бар) и сульфида водорода (H₂S) (10 бар) (Фиг. 7c).On FIG. 7 shows cross-sectional SEM images of samples after exposure for 90 days to a humid gas contaminated only with chlorides (100,000 ppm Cl ^- ) and carbon dioxide (CO ₂ ) at 10 bar (Fig. 7a) or at 50 bar (Fig. 7b), or contaminated with a mixture of CO ₂ (10 bar) and hydrogen sulfide (H ₂ S) (10 bar) (Fig. 7c).

График на Фиг. 8 относится к результатам коррозии в виде потери толщины при 65°C и 100 000 м.д. хлоридов в растворе, насыщенном CO₂ и H₂S при нескольких значениях парциального давления. Значение AVG соответствует среднему значению потери толщины, а значения 3s соответствуют интервалу в три сигма, что соответствует уровню доверительной вероятности 99,7.The graph in Fig. 8 refers to corrosion results in terms of thickness loss at 65°C and 100,000 ppm. chlorides in a solution saturated with CO ₂ and H ₂ S at several partial pressures. The AVG value corresponds to the average thickness loss, and the 3s values correspond to a three sigma interval, which corresponds to a confidence level of 99.7.

На Фиг. 9 показаны результаты относительно огибающей кривой смачиваемости при краевом угле смачивания 90°, что отражает порог гидрофобности поверхности.On FIG. 9 shows the results for the envelope of the wettability curve at a contact angle of 90°, which reflects the threshold of surface hydrophobicity.

На Фиг. 10 представлена схема системы собственной разработки для испытания свойств препятствования загрязнению субстрата с нанесенным покрытием в соответствии с настоящим изобретением.On FIG. 10 is a diagram of a proprietary system for testing the antifouling properties of a coated substrate in accordance with the present invention.

Результаты испытаний на эрозию твердыми каплями показаны на Фиг. 11, а результаты испытаний на эрозию каплями жидкости показаны на Фиг. 12a и 12b (увеличенная нижняя часть графика с Фиг. 12a).The results of hard drop erosion tests are shown in FIG. 11 and the results of liquid drop erosion tests are shown in FIG. 12a and 12b (enlarged lower part of the graph from Fig. 12a).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0013] В соответствии с одним аспектом настоящий объект изобретения относится к компоненту с покрытием для турбомашин, который преимущественно способен предотвращать загрязнение и в то же время сопротивляться коррозии и эрозии. Турбомашины и вспомогательное оборудование турбомашин, содержащие компонент с покрытием, описанный в настоящем документе, имеют повышенную эффективность и более длительный срок службы, а число нежелательных остановок, необходимых для удаления/очистки загрязнений с оборудования, значительно снижено по сравнению с известными компонентами с покрытием. [0013] According to one aspect, the present subject matter relates to a coated turbomachine component that is advantageously capable of preventing fouling while resisting corrosion and erosion. Turbomachines and turbomachinery auxiliaries containing the coated component described herein have improved efficiency and longer life, and the number of unwanted shutdowns required to remove/clean up contaminants from the equipment is significantly reduced compared to known coated components.

[0014] В соответствии с одним аспектом в описанном в настоящем документе объекте изобретения обеспечен компонент турбомашины, содержащий субстрат, по меньшей мере частично покрытый по меньшей мере одним нанесенным путем химического никелирования (ENP) слоем (C) композиции, содержащей смесь никеля, частиц (P), имеющих средний размер менее 1 микрометра и по меньшей мере одного из бора и фосфора, причем указанный слой (С) композиции имеет толщину от 10 до 250 микрометров, предпочтительно от 20 до 200 микрометров, более предпочтительно от 50 до 100 микрометров, и указанные частицы (Р) содержат керамический материал, материал на основе графита или фторполимер или состоят из них. [0014] In accordance with one aspect, the subject matter of the invention described herein provides a turbomachine component comprising a substrate at least partially coated with at least one chemical nickel plated (ENP) layer (C) of a composition comprising a mixture of nickel, particles ( P) having an average size of less than 1 micrometer and at least one of boron and phosphorus, said composition layer (C) having a thickness of 10 to 250 micrometers, preferably 20 to 200 micrometers, more preferably 50 to 100 micrometers, and said particles (P) contain or consist of ceramic material, graphite-based material or fluoropolymer.

[0015] Преимущества описанного в настоящем документе компонента турбомашины многочисленны и включают в себя тот факт, что слой покрытия, включающий композицию (С), обладает высокой устойчивостью к коррозии, бомбардировке жидкостью и эрозии твердыми материалами и в то же время сводит к минимуму или полностью предотвращает загрязнение компонента. Кроме того, слой покрытия, включающий композицию (С), имеет отличную адгезию к субстрату и способность выдерживать упругую или тепловую деформацию субстрата в процессе эксплуатации, в результате чего площадь покрытия, препятствующего засорению, сохраняется на протяжении всего срока службы компонента. [0015] The advantages of the turbomachine component described herein are numerous and include the fact that the coating layer comprising composition (C) is highly resistant to corrosion, liquid bombardment, and solid erosion, while minimizing or completely prevents contamination of the component. In addition, the coating layer including the composition (C) has excellent adhesion to the substrate and the ability to withstand elastic or thermal deformation of the substrate during use, resulting in the anti-clog coating area being maintained throughout the lifetime of the component.

[0016] В предпочтительном варианте осуществления изобретения описан компонент, причем композиция (С) содержит частицы керамического материала и частицы фторполимера. [0016] In a preferred embodiment of the invention, a component is described, wherein the composition (C) contains ceramic material particles and fluoropolymer particles.

[0017] Одиночное или совместное нанесение наночастиц наряду с модуляцией их концентрации позволяет синтезировать многофункциональные целенаправленно изготовленные покрытия, способные выдерживать коррозию, эрозию и в то же время предотвращать загрязнение. Кроме того, ENP не является покрытием, для которого необходима линия прямой видимости, что упрощает его применение в стационарных и вращающихся компонентах турбомашин по существу любой геометрии и размера, благодаря чему получается бездефектное покрытие и оптимально защищенные поверхности без изменения исходного качества поверхности, включая поверхности со сверхчистовой отделкой. Защита от загрязнения, устойчивость к коррозии и эрозии у компонента, описанного в настоящем документе, улучшаются по сравнению с существующим уровнем техники, что в конечном итоге приводит к улучшению характеристик турбомашин, предотвращению простоев, отсутствию проблем с охватом субстрата покрытием и снижению общей стоимости работ. [0017] The single or combined application of nanoparticles, along with modulation of their concentration, allows the synthesis of multifunctional purpose-made coatings that can withstand corrosion, erosion, and at the same time prevent contamination. In addition, ENP is not a line-of-sight coating, making it easy to apply to stationary and rotating turbomachinery components of essentially any geometry and size, resulting in a defect-free coating and optimally protected surfaces without changing the original surface quality, including surfaces with superfine finish. The fouling protection, corrosion and erosion resistance of the component described herein are improved over the state of the art, ultimately resulting in improved turbomachine performance, avoidance of downtime, no coverage issues, and lower overall cost of operation.

[0018] В предпочтительном варианте осуществления в настоящем документе описан компонент, в котором в частицах композиции (С) керамический материал представляет собой один из нитрида кремния, оксида циркония, диоксида кремния, карбида кремния, нитрида бора, карбида вольфрама, карбида бора, оксида алюминия, нитрида алюминия, карбида титана (TiC), оксида титана (TiO₂), карбида гафния (HfC), карбида циркония (ZrC), карбида тантала (TaC), карбида гафния/тантала (TaxHfy-xCy), диборида циркония ZrB₂, оксида магния MgO, оксида иттрия (Y₂O₃), оксида ванадия (VO₂), частично стабилизированного иттрием оксида циркония (YSZ) и их смесей, материал на основе графита представляет собой MWCNT (многостенные углеродные нанотрубки), GNP (графитовые нанопластины), графен, оксид графита и их смеси, а фторполимер представляет собой один из политетрафторэтилена (PTFE), поливинилиденфторида (PVDF), полихлортрифторэтилена (PCTFE), перфторалкокси (PFA), фторированного этиленпропилена (FEP), полиэтиленхлортрифторэтилена (ECTFE), этилентетрафторэтилена (ETFE) и их смесей. [0018] In a preferred embodiment, a component is described herein wherein, in the composition particles (C), the ceramic material is one of silicon nitride, zirconium oxide, silicon dioxide, silicon carbide, boron nitride, tungsten carbide, boron carbide, aluminum oxide , aluminum nitride, titanium carbide (TiC), titanium oxide (TiO ₂ ), hafnium carbide (HfC), zirconium carbide (ZrC), tantalum carbide (TaC), hafnium/tantalum carbide (TaxHfy-xCy), zirconium diboride ZrB ₂ , magnesium oxide MgO, yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ), vanadium oxide (VO ₂ ), yttrium partially stabilized zirconium oxide (YSZ) and mixtures thereof, the graphite-based material is MWCNT (multi-walled carbon nanotubes), GNP (graphite nanoplates) , graphene, graphite oxide and mixtures thereof, and the fluoropolymer is one of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxy (PFA), fluorinated ethylene propylene (FEP), polyethylene lortrifluoroethylene (ECTFE), ethylenetetrafluoroethylene (ETFE) and mixtures thereof.

[0019] В предпочтительном варианте осуществления в настоящем документе описан компонент, в котором композиция (С) содержит частицы (P) от 5 до 35%, предпочтительно от 10 до 30%, более предпочтительно от 15 до 20% по объему относительно общей массы (С). [0019] In a preferred embodiment, this document describes a component in which the composition (C) contains particles (P) from 5 to 35%, preferably from 10 to 30%, more preferably from 15 to 20% by volume relative to the total mass ( FROM).

[0020] В предпочтительном варианте осуществления в настоящем документе описан компонент, в котором частицы (Р) в композиции (С) имеют средний размер частиц менее 1 мкм и предпочтительно от 50 до 500 нанометров, более предпочтительно от 100 до 350 нанометров или от 150 до 250 нанометров. [0020] In a preferred embodiment, this document describes a component in which the particles (P) in the composition (C) have an average particle size of less than 1 μm and preferably from 50 to 500 nanometers, more preferably from 100 to 350 nanometers or from 150 to 250 nanometers.

[0021] В предпочтительном варианте осуществления в настоящем документе описан компонент, в котором субстрат первоначально покрыт первым слоем металлического материала, предпочтительно путем химического никелирования или путем электрохимического осаждения, а слой, содержащий композицию (С), наносят на указанный первый слой, или при этом субстрат непосредственно покрывают композицией покрытия (С). [0021] In a preferred embodiment, this document describes a component in which the substrate is initially coated with a first layer of a metallic material, preferably by chemical nickel plating or by electrochemical deposition, and a layer containing composition (C) is applied to said first layer, or the substrate is directly coated with the coating composition (C).

[0022] В предпочтительном варианте осуществления в настоящем документе описан компонент, в котором между субстратом и слоем композиции (С), нанесенным путем химического никелирования, имеется по меньшей мере один другой слой покрытия, осажденный с помощью химического никелирования и имеющий композицию, отличную от композиции (С). [0022] In a preferred embodiment, this document describes a component in which between the substrate and the layer of composition (C) deposited by chemical nickel plating, there is at least one other coating layer deposited by chemical nickel plating and having a composition different from the composition (FROM).

[0023] В предпочтительном варианте осуществления настоящее описание относится к компоненту центробежного компрессора, поршневого компрессора, газовой турбины, центробежного насоса, компоненту, находящемуся ниже уровня моря, компоненту паровой турбины или вспомогательной системы турбомашины, предпочтительно компоненту для обеспечения давления потока, теплообменному компоненту, элементу оборудования для оценки, буровому оборудованию, оборудованию для завершения скважин, оборудованию для внутрискважинных работ или оборудованию, находящемуся ниже уровня моря. [0023] In a preferred embodiment, the present disclosure relates to a centrifugal compressor component, a reciprocating compressor, a gas turbine, a centrifugal pump, a sub-sea component, a steam turbine component, or a turbomachine auxiliary system component, preferably a flow pressure component, a heat exchange component, an element evaluation equipment, drilling equipment, well completion equipment, downhole equipment or equipment located below sea level.

[0024] В варианте осуществления настоящее описание относится к турбомашине, содержащей описанный выше компонент, который предпочтительно относится к центробежному компрессору, поршневому компрессору, газовой турбине, центробежному насосу, компоненту, находящемуся ниже уровня моря, или паровой турбине, элементу оборудования для оценки, бурового оборудования, оборудования для завершения скважины, оборудования для внутрискважинных работ или оборудования, находящегося ниже уровня моря. [0024] In an embodiment, the present disclosure relates to a turbomachine comprising the component described above, which preferably relates to a centrifugal compressor, a reciprocating compressor, a gas turbine, a centrifugal pump, a sub-sea component, or a steam turbine, an item of equipment for evaluation, drilling equipment, well completion equipment, downhole equipment or equipment located below sea level.

[0025] Вариант осуществления настоящего описания относится к применению покрытия, содержащего по меньшей мере один слой (С) композиции, содержащей смесь, содержащую никель, частицы (P) со средними размерами менее 1 микрометра и по меньшей мере один из бора и фосфора, причем указанный слой (С) композиции имеет толщину от 10 до 250 микрометров, предпочтительно от 20 до 200 микрометров, более предпочтительно от 50 до 100 микрометров, и при этом указанные частицы (P) содержат керамический материал, материал на основе графита или фторполимера, или состоят из него, для предотвращения эрозии и загрязнения поверхности компонентов турбомашин, причем указанное применение включает нанесение путем химического никелирования (ENP) указанной композиции (C) на по меньшей мере часть поверхности турбомашин, потенциально подверженной засорению и/или эрозии. [0025] An embodiment of the present description relates to the use of a coating containing at least one layer (C) of a composition containing a mixture containing nickel, particles (P) with an average size of less than 1 micrometer and at least one of boron and phosphorus, and said layer (C) of the composition has a thickness of 10 to 250 micrometers, preferably 20 to 200 micrometers, more preferably 50 to 100 micrometers, and said particles (P) contain a ceramic material, a material based on graphite or a fluoropolymer, or consist of it, to prevent erosion and contamination of the surface of turbomachinery components, and said use includes the application by chemical nickel plating (ENP) of the specified composition (C) on at least a part of the surface of turbomachines, potentially subject to clogging and/or erosion.

[0026] Далее будут более подробно рассмотрены варианты осуществления описания, примеры которых приведены ниже. Каждый из примеров приводится для пояснения описания. Приведенное ниже описание и примеры не означают ограничения описания. В сущности, специалистам в данной области должно быть очевидно, что в рамках настоящего описания можно создавать различные модификации и вариации без отступления от объема или сущности описания. [0026] Next, embodiments of the description will be discussed in more detail, examples of which are given below. Each of the examples is provided to clarify the description. The following description and examples are not intended to limit the description. As such, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made within the scope of the present disclosure without departing from the scope or spirit of the disclosure.

[0027] Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» в различных местах по всему данному описанию не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления изобретения. Конкретные признаки, структуры или характеристики можно дополнительно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления. [0027] Reference herein to "one embodiment" or "an embodiment" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment of the described subject matter. Thus, the appearance of the phrases "in one embodiment", "in an embodiment" in various places throughout this specification does not necessarily refer to the same embodiment of the invention. Specific features, structures, or characteristics can be further combined in any suitable manner in one or more embodiments.

[0028] Если не указано иное, в контексте настоящего описания процентные количества компонента в смеси следует рассматривать как массу этого компонента относительно общей массы смеси. [0028] Unless otherwise indicated, in the context of this description, the percentages of a component in a mixture should be considered as the mass of this component relative to the total mass of the mixture.

[0029] Если не указано иное, в контексте настоящего описания указание на то, что композиция «содержит» один или более компонентов или веществ, означает, что в дополнение к этим или другим, которые указаны конкретно, могут присутствовать другие компоненты или вещества. [0029] Unless otherwise indicated, in the context of this description, the indication that the composition "contains" one or more components or substances means that in addition to these or others that are specifically indicated, other components or substances may be present.

[0030] Если не указано иное, в рамках объема настоящего описания диапазон значений, указанный для некоторого количества, например массового содержания компонента, включает нижний предел и верхний предел диапазона. Например, если массовое или объемное содержание компонента А упоминается как «от X до Y», где X и Y представляют собой числовые значения, A может быть равно X, или Y, или любому из промежуточных значений [0030] Unless otherwise indicated, within the scope of the present description, the range of values specified for some amount, such as the mass content of the component, includes the lower limit and the upper limit of the range. For example, if the weight or volume content of component A is referred to as "from X to Y", where X and Y are numerical values, A can be equal to X or Y, or any of the values in between

[0031] В контексте настоящего описания термин «химическое никелирование» (ENP) означает автокаталитический процесс осаждения никелевого сплава из водных растворов на субстрат без применения электрического тока. В отличие от электроосаждения ENP не зависит от внешнего источника постоянного тока в плане восстановления ионов никеля в электролите до металлического никеля на субстрате. ENP представляет собой химический процесс, в котором ионы никеля в растворе восстанавливаются до металлического никеля посредством химического восстановления. Наиболее распространенным используемым восстанавливающим агентом является гипофосфит натрия или боргидрид натрия. Как правило, получают ровный слой никель-борного или никель-фосфорного (Ni-P) сплава. Металлургические свойства сплава Ni-P зависят от процентного содержания фосфора, которое может находиться в диапазоне 2-5% (низкий уровень фосфора) до 11-14% (высокий уровень фосфора). Не имеющие ограничительного характера примеры ENP и процессов его нанесения непосредственно на субстрат или поверх первого слоя никеля, нанесенного методом электроосаждения, описаны в публикации WO 2013/153020 А2. [0031] As used herein, the term "chemical nickel plating" (ENP) refers to the autocatalytic process of depositing a nickel alloy from aqueous solutions onto a substrate without the application of electrical current. Unlike electrodeposition, ENP does not depend on an external DC source to reduce nickel ions in the electrolyte to metallic nickel on the substrate. ENP is a chemical process in which nickel ions in solution are reduced to metallic nickel through chemical reduction. The most common reducing agent used is sodium hypophosphite or sodium borohydride. As a rule, an even layer of nickel-boron or nickel-phosphorus (Ni-P) alloy is obtained. The metallurgical properties of the Ni-P alloy depend on the percentage of phosphorus, which can range from 2-5% (low phosphorus) to 11-14% (high phosphorus). Non-limiting examples of ENP and processes for depositing it directly onto a substrate or over a first electroplated nickel layer are described in WO 2013/153020 A2.

[0032] В контексте настоящего описания термин «субстрат» означает металлический или неметаллический материал, составляющий основную часть компонента турбомашины. В качестве не имеющего ограничительного характера примера указанный материал может представлять собой сталь, такую как углеродистая сталь, низколегированная сталь, нержавеющая сталь, никелевые сплавы, чугун, алюминий, баббитовый материал, графен, слюду, углеродные нанотрубки, кремниевую пластину, титановые, медные и углеродные волокна, необязательно покрытые одним или более слоями других материалов, таких как никель-фосфорный слой, например, нанесенный путем электроосаждения или химического осаждения. Не имеющие ограничительного характера примеры материалов описаны в публикации WO 2013/153020 A2 и WO 2015/173311 A1. [0032] In the context of the present description, the term "substrate" means a metallic or non-metallic material that constitutes the main part of the turbomachine component. As a non-limiting example, said material may be steel such as carbon steel, low alloy steel, stainless steel, nickel alloys, cast iron, aluminum, babbitt material, graphene, mica, carbon nanotubes, silicon wafer, titanium, copper, and carbon fibers optionally coated with one or more layers of other materials, such as a nickel-phosphorus layer, for example applied by electroplating or chemical deposition. Non-limiting examples of materials are described in WO 2013/153020 A2 and WO 2015/173311 A1.

[0033] В контексте настоящего описания сути изобретения термин «фторполимер» означает органический полимерный материал, в котором присутствует по меньшей мере один атом фтора. Не имеющими ограничительного характера примерами таких полимеров являются политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVDF), поливинилфторид (PVF), полихлортрифторэтилен (PCTFE), перфторалкоксиполимер (PFA), фторированный этилен-пропилен (FEP), полиэтилентетрафторэтилен (ETFE), полиэтиленхлортрифторэтилен (ECTFE) и их смеси. [0033] In the context of the present description of the essence of the invention, the term "fluoropolymer" means an organic polymeric material in which at least one fluorine atom is present. Non-limiting examples of such polymers are polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxypolymer (PFA), fluorinated ethylene propylene (FEP), polyethylenetetrafluoroethylene (ETFE), polyethylenechlorotrifluoroethylene (ECTFE) and their mixtures.

[0034] В контексте настоящего описания размер частиц (P) определяют любым подходящим способом, известным специалисту в данной области. В качестве не имеющего ограничительного характера примера, размер частиц (P) можно определять с помощью анализа визуализации (например, как описано в статье в Microscopy and Microanalysis 2012, 18(S2), 1244), лазерной дифракции света, растровой электронной микроскопии, трансмиссионной электронной микроскопии, атомной силовой микроскопии, автоэлектронной трансмиссионной электронной микроскопии (FE/STEM) и эквивалентных способов, например, перечисленных в публикации «Overview of the Methods and Techniques of Measurement of Nanoparticles», автор H. Stamm, Institute for Health and Consumer Protection Joint Research Centre, Ispra, представленной на мероприятии «nanotrust - Possible Health Effects of Manufactured Nanomaterials, Vienna, 24 September 2009». Размер частиц может быть определен, без ограничений, с помощью динамического светорассеяния (DLS) в соответствии со стандартом DIN ISO 13321. [0034] In the context of the present description, the particle size (P) is determined by any suitable method known to the person skilled in the art. As a non-limiting example, particle size (P) can be determined using imaging analysis (e.g., as described in the article in Microscopy and Microanalysis 2012, 18(S2), 1244), laser light diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy, field electron transmission electron microscopy (FE/STEM), and equivalent methods, such as those listed in " Overview of the Methods and Techniques of Measurement of Nanoparticles " by H. Stamm, Institute for Health and Consumer Protection Joint Research Centre, Ispra presented at the event " nanotrust - Possible Health Effects of Manufactured Nanomaterials, Vienna, 24 September 2009 ". The particle size can be determined without limitation by dynamic light scattering (DLS) according to DIN ISO 13321.

[0035] Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления», или «вариант осуществления», или «некоторые варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» в различных местах во всем данном описании не обязательно относится к одному (-им) и тому (тем) же варианту (-ам) осуществления изобретения. Конкретные признаки, структуры или характеристики можно дополнительно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления. [0035] Reference in this specification to "one embodiment" or "an embodiment" or "some embodiments" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with an embodiment is included in at least one embodiment. implementation of the described object of the invention. Thus, the occurrence of the phrase "in one embodiment", "in an embodiment" or "in some embodiments" in various places throughout this specification does not necessarily refer to one(s) and the same(s) ) implementation of the invention. Specific features, structures, or characteristics can be further combined in any suitable manner in one or more embodiments.

[0036] При представлении элементов различных вариантов осуществления формы единственного и множественного числа и слово «указанный» предназначены для обозначения того, что существуют один или более элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» предназначены для указания включения и означают, что помимо перечисленных элементов могут существовать дополнительные элементы. [0036] When representing elements of various embodiments, the singular and plural forms and the word "specified" are intended to indicate that one or more elements exist. The terms "comprising", "including" and "having" are intended to indicate inclusion and mean that additional elements may exist in addition to the listed elements.

[0037] В качестве не имеющих ограничительного характера примеров образцы с покрытием получали, начиная с углеродистой стали, низколегированной стали и нержавеющей стали в качестве субстрата, и с использованием следующих композиций покрытия (все массы приведены в граммах и в расчете на 1000 мл ванну для осаждения. [0037] As non-limiting examples, coated samples were prepared starting with carbon steel, low alloy steel, and stainless steel as the substrate, and using the following coating compositions (all weights are in grams and based on a 1000 ml deposition bath .

[0038] Таблица 1. Пример ENP с наполнителем из частиц [0038] Table 1. Example of particulate-filled ENP

КомпонентComponent Вес (г)Weight (g) NiSO₄ _NiSO4 12-2512-25 NaH₂PO₂ _NaH2PO2 _{_} 70-11070-110 C₆H₈O₇ _C6H8O7 _{_} _{_} 6-96-9 CH₃COONaCH ₃ COONa 15-2015-20 Неорганические частицыinorganic particles 2-202-20 ФторполимерFluoropolymer 2-202-20 Неорганические частицы + фторполимер Inorganic particles + fluoropolymer 4-404-40

[0039] Помимо компонентов, перечисленных в таблице 1, в растворе может присутствовать по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество и один ингибитор. [0039] In addition to the components listed in Table 1, at least one surfactant and one inhibitor may be present in the solution.

[0040] На Фиг. 1 показаны полученные с помощью растровой электронной микроскопии (SEM) изображения типичного профиля субстрата, покрытого ENP-композициями, описанными в настоящем документе, которые содержат соответственно керамические частицы, частицы PTFE и смесь керамических частиц и частиц PTFE. [0040] In FIG. 1 shows scanning electron microscopy (SEM) images of a typical substrate profile coated with the ENP compositions described herein, which contain ceramic particles, PTFE particles, and a mixture of ceramic particles and PTFE particles, respectively.

[0041] ENP-покрытия с наполнителями из частиц (таблица 1) были охарактеризованы с точки зрения однородности толщины (измерение толщины выполнено с помощью толщиномера согласно стандарту ISO 2178), и продемонстрировали вариации толщины ≤ 5 мкм. Отсутствие пористости определяли путем проведения ферроксилового теста (ASTM A380/A380M), при котором на фильтровальной бумаге не наблюдали синих пятен, и при воздействии субстраты с покрытием солевым туманом (ASTM B117) в течение 3000 часов, при котором не наблюдали образования ржавчины. [0041] Particulate-filled ENP coatings (Table 1) were characterized in terms of thickness uniformity (thickness measured using a thickness gauge according to ISO 2178), and exhibited thickness variations of ≤ 5 µm. The absence of porosity was determined by carrying out a ferroxyl test (ASTM A380/A380M), in which no blue spots were observed on the filter paper, and by exposure to salt spray coated substrates (ASTM B117) for 3000 hours, in which no rust formation was observed.

[0042] Кроме того, было изучено влияние присутствия частиц в ENP-матрице на твердость, с термообработкой покрытия или без нее (HT, в течение более одного часа при более 250°C), и результаты представлены на Фиг. 2 (ASTM E92). [0042] In addition, the effect of the presence of particles in the ENP matrix on hardness, with or without heat treatment of the coating (HT, for more than one hour at more than 250°C), was studied, and the results are presented in FIG. 2 (ASTM E92).

[0043] Химическая композиция покрытий была охарактеризована EDS-анализом (Фиг. 3, EDS для ENP + частицы фторполимера; Фиг. 4, EDS для ENP + неорганические частицы; Фиг. 5, EDS для ENP + фторполимер + неорганические частицы) [0043] The chemical composition of the coatings was characterized by EDS analysis (Figure 3, EDS for ENP + fluoropolymer particles; Figure 4, EDS for ENP + inorganic particles; Figure 5, EDS for ENP + fluoropolymer + inorganic particles)

[0044] Устойчивость покрытия к механическому ударному воздействию была протестирована в соответствии со стандартом ASTM B571, и было продемонстрировано отсутствие трещин на покрытии при 10-кратном увеличении. [0044] The resistance of the coating to mechanical impact was tested in accordance with ASTM B571, and the absence of cracks in the coating was demonstrated at 10x magnification.

[0045] Адгезию покрытий к субстрату оценивали путем проведения испытания на адгезию в соответствии со стандартом ASTM C633 с использованием системы для испытаний на растяжение. Результаты представлены на Фиг. 6. Результаты по адгезии относятся к отсоединению клеев, при этом отделения покрытия не наблюдалось. [0045] The adhesion of the coatings to the substrate was evaluated by conducting an adhesion test in accordance with ASTM C633 using a tensile testing system. The results are presented in Fig. 6. Adhesion results refer to release of adhesives, with no separation observed.

[0046] Испытания на коррозию показали лишь небольшую коррозионную атаку на поверхности покрытия с сохранением общей толщины. На Фиг. 7 показаны полученные методом SEM изображения поперечного сечения образцов после воздействия в течение 90 дней влажным газом, загрязненным хлоридами (100 000 ч.н.м. Cl^-) и только CO₂ при 10 бар (Фиг. 7a) или 50 бар (Фиг. 7b), или смесью CO₂ (10 бар) и H₂S (10 бар) (Фиг. 7c). Лишь образец, подвергнутый воздействию H₂S, показал реакцию ENP-покрытия с окружающей средой, что привело к некоторой локализованной коррозии. На изображении показана наихудшая область, зарегистрированная на образцах (проникновение коррозии на 6-7 мкм). В средах, содержащих CO₂ и хлориды, образец не демонстрирует никаких признаков коррозии. Этот результат указывает на отличную стойкость к коррозии в присутствии соли, а также соли и кислоты. [0046] Corrosion tests showed only a small corrosion attack on the surface of the coating while maintaining the overall thickness. On FIG. 7 shows cross-sectional SEM images of samples after exposure for 90 days to a wet gas contaminated with chlorides (100,000 ppm Cl ^- ) and only CO ₂ at 10 bar (Fig. 7a) or 50 bar (Fig. 7b), or a mixture of CO ₂ (10 bar) and H ₂ S (10 bar) (Fig. 7c). Only the sample exposed to H ₂ S showed the reaction of the ENP coating with the environment, resulting in some localized corrosion. The image shows the worst area recorded on the samples (corrosion penetration of 6-7 µm). In environments containing CO ₂ and chlorides, the sample does not show any signs of corrosion. This result indicates excellent corrosion resistance in the presence of salt as well as salt and acid.

[0047] Результаты по коррозии в отношении потери толщины при 65°C и 100 000 ч.н.м. хлоридов в растворе, насыщенном CO₂ и H₂S e при нескольких значениях парциального давления, показаны на Фиг. 8 (AVG = средний, 3s = интервал в три сигма, соответствующий уровню доверительной вероятности 99,7) Степень коррозии демонстрирует параболическую кривую зависимости от времени. На основании этой тенденции прогнозируют потерю толщины покрытия максимум на 35 мкм после 20 лет воздействия (характерный срок службы машины). [0047] Corrosion results for thickness loss at 65°C and 100,000 ppm. chlorides in solution saturated with CO ₂ and H ₂ S e at several partial pressures are shown in FIG. 8 (AVG = average, 3s = three sigma interval corresponding to a confidence level of 99.7) The degree of corrosion shows a parabolic time curve. Based on this trend, a maximum loss of 35 µm in coating thickness is predicted after 20 years of exposure (typical machine life).

[0048] Смачивающие свойства определяли методикой неподвижной капли с использованием различных типов покрытий на углеродистой стали. Смачивающие свойства определяли с помощью способа, включающего стадии измерения краевых углов смачивания жидкостями отобранных поверхностей и расчета полярной части и дисперсной части свободной поверхностной энергии для твердой поверхности, а также ее огибающей кривой смачиваемости. [0048] Wetting properties were determined by the stationary drop technique using various types of coatings on carbon steel. Wetting properties were determined using a method that includes the steps of measuring the contact angles of wetting with liquids of selected surfaces and calculating the polar part and the dispersed part of the free surface energy for a solid surface, as well as its envelope wettability curve.

[0049] Проводили испытания для следующих материалов. [0049] Conducted tests for the following materials.

ПокрытиеCoating ОписаниеDescription Материал субстратаSubstrate material ENP-HPENP HP Химическое никелирование
- 10% фосфораChemical nickel plating
- 10% phosphorus углеродистая стальcarbon steel ENP + nPTFEENP + nPTFE Химическое никелирование - наполнитель из PTFE
(наночастицы)Chemical Nickel Plating - PTFE Filler
(nanoparticles) ENP + nZrO₂ ENP + nZrO ₂ Химическое никелирование - наполнитель из циркония (нано-
частицы)Chemical nickel plating - zirconium filler (nano-
particles) Кремниевые полимерные покрытияSilicon polymer coatings Коммерческое покрытиеCommercial coverage Полимерное покрытие PTFEPTFE polymer coating

Углы смачивания определяли для каждого образца со следующими жидкостями: вода, дийодметан, этиленгликоль и глицерин. Для каждого образца проводили по меньшей мере 30 измерений, чтобы свести к минимуму ошибки измерений. В испытании смачивающих свойств покрытие, содержащее смесь частиц ENP и фторполимеров, показало наилучшие характеристики среди протестированных покрытий. В частности, наблюдались углы контакта смачивания водой до 120°. Ниже в настоящем документе приведены краевые углы смачивания для различных материалов и жидкостей.Contact angles were determined for each sample with the following liquids: water, diiodomethane, ethylene glycol and glycerol. For each sample, at least 30 measurements were taken to minimize measurement errors. In the wetting test, a coating containing a mixture of ENP particles and fluoropolymers showed the best performance among the tested coatings. In particular, wetting contact angles with water up to 120° were observed. Below in this document are the contact angles for various materials and liquids.

Краевой угол смачивания (градусы)Contact angle (degrees) Дисперсн. энергияDispersion energy Полярная энергияpolar energy Поверхностная энергияsurface energy H₂O _H2O Glygly Et-GlyEt-Gly Dimeth.Dimeth. Углеродистая стальCarbon steel 8484 9696 7070 6969 21,021.0 5,85.8 26,826.8 Кремниевое полимерное покрытиеSilicon polymer coating 9292 7878 6565 4949 33,333.3 1,11.1 34,434.4 Полимерное покрытие из PTFEPTFE polymer coating 7777 8888 7272 7171 18,418.4 9,79.7 28,128.1 ENP + PTFEENP+PTFE 120120 8989 8181 7070 21,521.5 1,01.0 22,522.5 ENP 11% PENP 11% P 8484 7070 7171 5353 30,830.8 3,53.5 34,434.4 PTFEPTFE 18,418.4 1,61.6 20twenty

Gly = глицерин; Et-Gly = этиленгликоль; dimeth = дийодметан, H2O = водаGly = glycerol; Et-Gly = ethylene glycol; dimeth = diiodomethane, H2O = water

Кроме того, при построении «огибающих смачивания» с использованием модели Оуэнса - Вендта для краевого угла смачивания 90° покрытие, содержащее смесь частиц ENP и фторполимеров, показало лучшие характеристики отталкивания жидкости.In addition, when building “wetting envelopes” using the Owens-Wendt model for a contact angle of 90°, the coating containing a mixture of ENP particles and fluoropolymers showed better liquid repellency.

Результаты по огибающей смачивания для 90°, отражающей порог гидрофобности поверхности, представлены на Фиг. 9. Чем меньше площадь, тем меньше взаимодействие твердой поверхности с жидкостями.Wetting envelope results for 90°, reflecting the threshold of surface hydrophobicity, are shown in FIG. 9. The smaller the area, the less the interaction of the solid surface with liquids.

[0050] Свойства препятствования засорению характеризовали с помощью испытания собственной разработки. Образцы, покрытые смесью ENP + фторполимер, были установлены на высокоскоростном вращающемся держателе и подвергались центробежному действию машины, в то время как загрязняющая среда, впрыскиваемая в испытательную камеру, ударялась о поверхность образцов с высокой скоростью. Схема аппарата представлена на Фиг. 10. Загрязняющая композиция представляет собой смесь асфальта (35% об./об.) и смазочного материала (синтетического или минерального вещества, например масла Mobil 600 W) (65% об./об). Загрязняющую среду нагревали нагревательной пластиной и впрыскивали в испытательную камеру с помощью перистальтического насоса. Образцы взвешивали до и после испытания. Результатами испытания на загрязнение являлось процентное увеличение массы образцов по отношению к эталонному образцу (без покрытия), испытанному в тех же условиях. Если образец с необработанной поверхностью давал нулевой прирост массы, поверхность, подвергнутая пескоструйной обработке, давала прирост массы +43%, т. е. образовалось значительно более высокое загрязнение, поверхность с ENP-покрытием имела прирост массы +3,2% (т. е. загрязнение накапливалось на обработанной ENP поверхности в основном в том же количестве, что и на необработанном образце), а образец, покрытый слоем ENP-покрытия, содержащим частицы фторполимера в соответствии с настоящим описанием, давал значительное снижение загрязнения (прирост массы -37%) по сравнению с необработанным образцом. [0050] The anti-fouling properties were characterized using an in-house test. Samples coated with ENP + fluoropolymer mixture were mounted on a high-speed rotating holder and subjected to the centrifugal action of the machine while the pollutant injected into the test chamber hit the surface of the samples at high speed. The scheme of the apparatus is shown in Fig. 10. The contaminant composition is a mixture of asphalt (35% v/v) and lubricant (synthetic or mineral, eg Mobil 600 W oil) (65% v/v). The pollutant medium was heated with a heating plate and injected into the test chamber using a peristaltic pump. Samples were weighed before and after testing. The results of the contamination test were the percentage increase in weight of the samples relative to the reference sample (uncoated) tested under the same conditions. If the untreated sample had zero weight gain, the sandblasted surface had +43% weight gain, i.e. significantly higher contamination was generated, the ENP-coated surface had +3.2% weight gain (i.e. fouling accumulated on the ENP-treated surface in substantially the same amount as on the untreated sample), and the sample coated with an ENP-coating layer containing fluoropolymer particles as described herein gave a significant reduction in fouling (-37% weight gain). compared to the untreated sample.

[0051] Все образцы продемонстрировали прекрасное сопротивление эрозии каплями жидкости (LDE) и эрозии твердыми частицами (SPE). Первое испытание проводили, подвергая образцы воздействию пяти миллионов высокоскоростных ударов (250 м/с) каплями воды диаметром 400 мкм. В последнем испытании образцы подвергали пескоструйной обработке частицами размером 4-5 мм, с применением давления воздуха 200 + 10 кПа в течение двух 10-секундных импульсов с ударным расстоянием 290 + 1 мм и углом удара 54 + 1 при 23°C, относительной влажности 50 + 5%. Результаты испытаний на эрозию твердыми частицами представлены на Фиг. 11, результаты испытаний на эрозию каплями жидкости показаны на Фиг. 12а и 12b. Устойчивость к ударам для образцов, покрытых композицией (С) в соответствии с настоящим описанием, превосходит ударную устойчивость образцов с полимерным покрытием (PTFE или кремний, Фиг. 12a) в обоих испытаниях. Более того, в обоих испытаниях ударная устойчивость была сопоставима с ударной устойчивостью ENP-покрытия без частиц наполнителя (Фиг. 11, Фиг. 12b, увеличение нижней области графика на Фиг. 12a). [0051] All samples exhibited excellent resistance to liquid droplet erosion (LDE) and solid particle erosion (SPE). The first test was carried out by exposing the samples to five million high-velocity shocks (250 m/s) with water drops of 400 µm in diameter. In the last test, the specimens were sandblasted with 4-5 mm particles using 200 + 10 kPa air pressure for two 10-second pulses with an impact distance of 290 + 1 mm and an impact angle of 54 + 1 at 23°C, relative humidity 50 + 5%. The results of the particulate erosion test are shown in FIG. 11, the results of liquid drop erosion tests are shown in FIG. 12a and 12b. The impact resistance of samples coated with composition (C) according to the present description is superior to the impact resistance of polymer coated samples (PTFE or silicon, Fig. 12a) in both tests. Moreover, in both tests, the impact resistance was comparable to the impact resistance of the ENP coating without filler particles (Fig. 11, Fig. 12b, enlargement of the lower area of the graph in Fig. 12a).

Claims

1. A turbomachine component containing a substrate at least partially coated with at least one deposited by chemical nickel plating (ENP) layer of a composition (C) containing a mixture of nickel, particles (P) with an average size of less than 1 μm and at least one of boron and phosphorus, wherein said composition layer (C) has a thickness of 10 to 250 µm, and said particles (P) contain or consist of a ceramic material, a graphite-based material, or a fluoropolymer.

2. A component according to claim 1, wherein the composition (C) contains particles of a ceramic material and particles of a fluoropolymer.

3. Component according to claim 1 or 2, wherein the ceramic material is one of silicon nitride, zirconium oxide, silicon dioxide, silicon carbide, boron nitride, tungsten carbide, boron carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium carbide (TiC) , titanium oxide (TiO ₂ ), hafnium carbide (HfC), zirconium carbide (ZrC), tantalum carbide (TaC), hafnium/tantalum carbide, zirconium diboride ZrB ₂ , magnesium oxide MgO, yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ), oxide vanadium (VO ₂ ), partially yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ) and mixtures thereof, the graphite-based material is multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), graphite nanoplates (GNP), graphene, graphite oxide and mixtures thereof, and the fluoropolymer is one from polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxy (PFA), fluorinated ethylene propylene (FEP), polyethylenechlorotrifluoroethylene (ECTFE), ethylenetetrafluoroethylene (ETFE) and mixtures thereof.

4. Component according to any one of paragraphs. 1-3, in which the composition (C) contains from 5 to 35 wt. % particles (P) relative to the total weight of the composition (C).

5. Component according to any one of paragraphs. 1-4, in which the particles (P) have an average particle size of 50 to 500 nm.

6. Component according to any one of paragraphs. 1-5 comprising at least one chemical nickel plating layer and containing a composition other than composition (C) between the substrate and a layer of composition (C) deposited by chemical nickel plating.

7. Component according to any one of paragraphs. 1-6, which is a component of a centrifugal compressor, reciprocating compressor, gas turbine, centrifugal pump, steam turbine, or heat exchange component.

8. Turbomachine, which contains a component according to any one of paragraphs. 1-7.

9. The use of a coating containing at least one layer of the composition (C) containing a mixture of nickel, particles (P) with an average size of less than 1 μm and at least one of boron and phosphorus, and the specified layer of the composition (C) has a thickness of 10 to 250 µm, and said particles (P) contain or consist of a ceramic material, material based on graphite or fluoropolymer, to prevent wear and accumulation of contaminants on the surface of a turbomachine component, and said coating is applied by chemical nickel plating (ENP) of the specified composition ( C) on at least a portion of the surface of a turbomachine component subject to wear and/or contamination.