Разработка опытного образца универсальной установки для нанесения функциональных покрытий методом фрикционного плакирования на поверхность резьбовых соединений типа «ниппель-муфта»

Проблемы третьего тысячелетия – экономия металлов, ресурсосбережение и экология. Решающая роль здесь принадлежит поверхности и поверхностным слоям, которые можно рассматривать как своеобразный композит, обладающий особым комплексом физико-механических свойств. Именно поверхностной слой в значительной мере определяет прочность, трибологические и коррозионные свойства изделий. Одним из эффективных путей повышения эксплуатационных характеристик металлопродукции является нанесение защитных покрытий, обладающих износостойкостью, высокой коррозионной стойкостью, твердостью, и др. свойствами. Большое влияние на работоспособность изделий оказывает деформационное упрочнение поверхностного слоя. В ряде случаев процессы нанесения покрытия и упрочнения могут быть совмещены. Представляется целесообразным создавать материалы с принципиально новыми свойствами в поверхностных слоях или наносить заранее подготовленный композиционный материал на поверхность изделия в виде покрытия. В результате анализа и обобщения имеющихся работ и проведенных нами исследований разработано новое перспективное направление в материаловедении в области защиты, упрочнения и модификации поверхности металлов: пластическое деформирование поверхностного слоя, совмещенное с нанесением покрытия гибким инструментом, названое фрикционными плакированием (ФП). Материал покрытия (МП) в виде прутка, ленты и т.п. с определенным усилием прижимается к гибкому инструменту – вращающейся металлической щетке (ВМЩ). В зоне контакта МП разогревается до высокой температуры. Частички МП схватываются с концами проволочек гибкого инструмента и переносятся на обрабатываемую поверхность. При этом одновременно происходит зачистка поверхности изделия, ее нагрев и совместная пластическая деформация поверхностного слоя и частичек МП, что способствует прочному сцеплению их с основой. В качестве МП могут использоваться различные металлические и керамические материалы или специально созданные композитные материалы. Это дает возможность формировать поверхностные слои с принципиально новым комплексом свойств. Сопоставление ФП с традиционными методами защиты, упрочнения и модификации поверхности показывает, что в определенных условиях метод ФП обладает рядом преимуществ: малая металлоемкость и энергоемкость, отсутствие сложных и вредных для обслуживающего персонала операций предварительной подготовки поверхности, высокие коэффициенты полезного действия и производительность процесса и его экологическая чистота. Практическое применение метода ФП в различных областях техники позволило выявить ряд недостатков и наметить пути его дальнейшего развития и совершенствования. В заявляемом проекте предлагается разработать универсальную установку для нанесения различных покрытий (антифрикционные, износостойкие, антисхватывающие, полимерные, комбинированные) на резьбовые поверхности методом плакирования. Универсальность установки заключается в возможности наносить покрытия на резьбовые соединения типа «ниппель–муфта», включающие в себя внешние и внутренние поверхности резьбы различного профиля и диаметров (70…450 мм). Толщина сформированного покрытия будет составлять 5…25 мкм, при этом эксплуатационные характеристики соединения с покрытием типа «ниппель–муфта» увеличатся как минимум в 2,5..5,5 раза. Покрытия на резьбовых соединениях позволят повысить эксплуатационные свойства изделий и соответственно их срок службы. Особенно актуальны данные покрытия для соединений бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб (в том числе и муфт). Так, число циклов свинчивания-развинчивания без образования задиров и нарушения герметичности при их эксплуатации в среднем составляет: 10 циклов для насосно-компрессорных, не менее 800 для бурильных и 3 для обсадных труб с применением смазочного материала или лент из фторопластового уплотнительного материала.