З в І т про науково-дослідну та науково-організаційну діяльність у 2001 році львів– 2001

Корозія і захист металів

Запропоновано електрохімічний критерій корозійно-втомного руйнування та аналітичну залежність, що пов’язує корозійну витривалість корозійнотривких сталей з електрохімічними параметрами початкової стадії руйнування та дозволяє прискорено оцінювати значення границі їх корозійної втоми. Оцінено роботу деформаційних гальванопар на сталях,схильних до пасивування, встановлено середню швидкість розчинення локально активованої механічними напруженнями поверхні в хлоридвмісних середовищах і вивчено співвідношення інтенсивності процесів активації та репасивації в залежності від амплітуди циклічних напружень (чл.-кор. НАНУ В.І.Похмурський, к.т.н. М.С.Хома).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

Установлено, що загально прийнята умова K_I0 > K_Ith переходу від зсувної стадії розвитку втомної тріщини, що росте в зоні контакту, до відривної стадії, є необхідною, але недостатньою і невизначальною.

Спеціально для чисельної (комп’ютерної) реалізації моделі при розрахунку траєкторії тріщини на стадії зсуву побудовано сингулярні інтегральні рівняння (СІР) і отримано їх числові розв'язки для півплощини з крайовою або внутрішньою підповерхневою криволінійною тріщиною, береги якої контактують під дією герцівського навантаження на границі півплощини. Розглядається, як гладкий контакт берегів тріщини, так і проковзування з тертям. Можливий контакт не по всій довжині тріщини.

На основі запропонованої двостадійної моделі зроблено оцінки довговічності при утворенні пітингу для контактної взаємодії кочення зі змащуванням для рейкової сталі з врахуванням і стадії зсуву, і стадії відриву при розвитку тріщини-пітингоутворювача. Теоретичні результати добре корелюють з експериментальними.

Під час виконання НДР:

– опубліковано 41 статтю, серед них 12 – англомовні. 3 статті опубліковані у провідних міжнародних журналах;

– зроблено 16 доповідей на 9-ти міжнародних конференціях. Серед них доповіді на 13-ій Європейській конференції з механіки руйнування (Іспанія) та на 2-му Всесвітньому конгресі з трибології (Австрія).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

Запропоновано електрохімічний критерій корозійно-втомного руйнування корозійно тривких сталей і знайдено аналітичну залежність, що пов'язує схильність цих сталей до корозійної втоми із електрохімічними властивостями при деформуванні. Досліджено кінетику та встановлено закономірності пасивуючих плівок на свіжо оновлених поверхнях корозійнотривких сталей та титанових сплавів. Виявлено, що корозійна витривалість металів, що пасивуються, в більшій мірі залежить від інтенсивності процесів механічної активації, ніж від швидкості репасивації.

Використовуючи квантово-хімічні розрахунки кластерних систем змодельовано термодинаміку та кінетику адсорбції частинок хлоридвмісного середовища, а також механізм утворення моношару поверхневого оксиду на модельних залізо-хром-нікелевих сплавах. Теоретично досліджено механізм дії іонів хлору у процесі руйнування окисленої поверхні модельного кластеру, що дало змогу змоделювати процес репасивації поверхні корозійнотривких сталей та співставлено теоретичну та експериментальну ефективну енергію активації розчинення корозійнотривких сталей.

Під час виконання НДР:

– захищена 1 докторська і 1 кандидатська дисертації;

– опубліковано 63 статті та доповіді на конференціях, з них 28 статей – у провідних наукових журналах;

– опублікована монографія О. І. Балицького “Сучасні матеріали для потужних турбогенераторів”, Львів, ФМІ. – 1999 р.

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

Розроблено нові методичні підходи вивчення електрохімічних властивостей оцинкованої сталі з епоксиполімерними покриттями методами імпедансної спектроскопії та запропоновано оригінальну методику для дослідження краєвої корозії, яка дає можливість більш глибоко вивчати механізм захисної дії пігментів.

Для підвищення захисних властивостей епоксидних покрить використовували пігменти інгібувальної дії, в складі яких відсутні токсичні хроматні складові. З ряду досліджених екстрактів пігментів: трифосфат алюмінію, модифікований фосфатом силікат алюмінію, фосфат/молібден цинку, кальційвмісний пігмент іонообмінного типу, основний фосфат цинк/молібдену, найкращі антикорозійні властивості проявляє екстракт фосфату цинку модифікованого молібдатом, на що вказує анодний характер інгібування корозії оцинкованої сталі.

Вперше встановлено, що введення в середовище, яке імітує кислі атмосферні опади двох типів пігментів – модифікованого кальцієм іонообмінного пігменту та фосфату-молібдату цинку приводить до синергетичного інгібуючого ефекту корозії оцинкованої сталі, співмірного з дією токсичного хроматного пігменту. Механізм синергізму полягає у взаємодії іонів кальцію та фосфат іонів похідних з пігментів, результатом якої є осадження на катодних ділянках металу фосфатів кальцію з низькими добутками розчинності та поширення процесу на всю поверхню металу. Ближче до зон анодної активності на металі іонізований цинк зв'язується в складі нерозчинних фосфатів. Виявлено методами ОЖЕ-спектроскопії та рентгенівського мікрозондового аналізу, що адсорбційна плівка, яка утворюється при цьому на поверхні металу, є однорідною, псевдоаморфною, з високою щільністю.

По завершених наукових дослідженнях по темі НД–11/194 підготована і подана до захисту докторська дисертація І. М. Зінем.

Експериментальні дослідження по темі частково виконані на сучасній експериментальній базі в університеті м. Шеффілд під час стажування І. М. Зіня у Великобританії.
НД–14/197 “Розробка методів розв’язування пружних та пружнопластичних задач механіки руйнування для однорідних і кусково-однорідних тіл з гострокінцевими концентраторами напружень” (науковий керівник – д. ф.-м. н., проф. М. П. Саврук. Термін виконання 1999–2001 рр.).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

На основі методу сингулярних інтегральних рівнянь розроблено методику визначення оптимальних (щодо концентрації напружень) форм контурів отворів у плоских тілах. Розв'язання задач даного класу, як обернених задач теорії пружності, є складовою частиною при побудові розв'язків відповідних пружно-пластичних задач. На підставі отриманого розв'язку пружно-пластичної задачі (в рамках моделі смуг пластичності) для клина запропоновано деформаційний критерій руйнування тіл з кутовими вирізами в умовах плоского напруженого стану та плоскої деформації при симетричному навантаженні.

Запропонована оцінка зміни величини тріщиностійкості склопластиків у залежності від температури та швидкості деформування.

У рамках запропонованої безмоментно несиметричної теорії пружності трансверсально-ізотропних плит побудовано уточнену частково несиметричну теорію податливих на зсув товстих плит. Прийнято, що лінійний елемент плити, перпендикулярний до її серединної поверхні, при деформуванні згинається, стискається (чи видовжується), а також обертається навколо своєї осі.

Під час виконання НДР:

– опубліковано 38 статей, з них 8 – в іноземних журналах;

– зроблено 33 доповіді на конференціях, з них 10 – на зарубіжних;

– опубліковано 16 тез доповідей.
НД–22/198 “Теоретичні основи створення алгоритмічних засобів і обчислювальних систем для підвищення інформативності даних” (науковий керівник – д. ф.-м. н., проф. Б. О. Попов. Термін виконання 1999–2001 рр.).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

Обгрунтовано незалежну від сприйняття кількісну оцінку візуальної якості напівтонових монохромних зображень, яка визначається добутком узагальненого контрасту, оцінки рівня адаптації за яскравістю, оцінки різкості та повноти використання градацій яскравості.

Побудовано класи різницевих методів (використовують адаптивну зміну фонової складової), кусково-нелінійного розтягу (адаптують вузлову точку до характеристик околу) та підсилення локальних контрастів (адаптують перетворення до параметрів локальної структури зображення). Досягається збільшення розрізнення зображень з тонкоструктурними об'єктами типу тріщин.

Побудовано чисельно-аналітичні методи розв'язування задач (використовують поряд з перетворенням чисел також і перетворення аналітичних виразів в процесі машинного розв'язання), що дозволило розробити машинні методи балансного наближення сплайнами та оптимальні алгоритми обчислення спеціальних функцій.

Під час виконання НДР:

– захищено 1 докторську та 2 кандидатські дисертації;

– опубліковано 2 монографії, 47 наукових статей та доповідей на конференціях;

– створено та зареєстровано пакет програм для програмування в системі Maple.
НД–23/199 “Розробка ультразвукових томографічних методів і засобів визначення об'ємного розподілу компонент тензорного поля напружень при неоднорідному напружено-деформованому стані матеріалу” (науковий керівник – к. т. н. В. В. Кошовий. Термін виконання 1999–2001 рр.).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

На основі алгебраїчного та інтегрального методів розроблено придатні для практичної реалізації алгоритми томографічної реконструкції об'ємного розподілу компонент тензорного поля напружень із використанням співвідношень матричної теорії акустопружності. Вперше розроблений, метрологічно досліджений і експериментально апробований на зразках експериментальний зразок ультразвукового обчислювального томографа UST-2000 для оцінки властивостей матеріалів, який реалізує розроблені технології малоракурсної УЗОТ.

Обгрунтовані рекомендації щодо подальшого розвитку досліджень – це розробка безконтактних неруйнівних технологій і засобів УЗОТ та комплексація їх із технологіями електроімпедансної томографії для комплексної діагностики стану матеріалу (деградація, втома) в умовах експлуатації виробів.

Запропоновані підходи до метрологічної перевірки діагностичного обладнання, яке реалізує технології ультразвукової обчислювальної томографії у неруйнівному контролі. Запропонована концепція поетапного впровадження технологій НК на принципах УЗОТ за вибраним переліком експлуатаційних та ФМХ матеріалів для проведення контролю відповідальних вузлів та елементів парапроводів ТЕС.

Під час виконання НДР:

– захищено кандидатську дисертацію;

– у 5-му томі довідникового посібника “Неруйнівний контроль і технічна діагностика” (Львів, ФМІ.– 2001 р.) опубліковано розділи “Акустичний неруйнівний контроль дефектності конструкційних матеріалів” та “Ультразвукова комп'ютерна томографія в неруйнівному контролі”;

– опубліковано 21 статтю та доповіді на конференціях.
НД–28/250 “Розробка методів виявлення, аналізу і моделювання неоднорідностей конс­трукційних матеріалів за даними апаратурних досліджень” (науковий керівник – д. т. н.
Б. П. Русин. Термін виконання 1999–2001 рр.).

У результаті виконання НДР одержані такі наукові результати.

На основі запропонованих математичних моделей зв'язності доведені теореми про однозначне виділення структурних елементів (карбідів сталей) зображень. На основі розробленого Вайвлет-ядра розроблено нові завадостійкі методи стиску зображень шліфів металів.

Закладено основи експертно-аналітичної системи (ЕАС) прогнозування (мікроскоп), сучасної комп'ютерної техніки, нових програмних засобів та інтернет технологій.

Розроблені теоретичні положення були частково втілені у створеній за замовленням і за позабюджетні кошти ЕАС, яка пройшла перевірку на шліфах реальних матеріалів.

Під час виконання НДР:

– захищена одна кандидатська дисертація, підготовлена до захисту ще одна кандидатська дисертація;

– опубліковано 3 монографії, 16 статей у провідних наукових журналах та 11 доповідей на міжнародних конференціях;

– одержано 4 патенти України на винаходи.

VI. ДАНІ ПРО ВИКОНАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗРОБОК ЗА ГОСПОДАРСЬКИМИ ДОГОВОРАМИ
У 2001 році інститутом виконувалось всього 70 госпдоговорів, в основному для підприємств та організацій м. Львова і області, а також для підприємств інших областей України. Наукові відділи виконували 43 госпдоговори і 27 договорів (короткострокових) виконувала лабораторія сертифікації матеріалів та засобів протикорозійного захисту трубопроводів великих ємностей, споруд та обладнання (43 л., керівник – к. т. н. В. А. Черватюк).

Завершено виконання 37 госпдоговорів, у тому числі 21 договір завершила лабораторія 43. У середньому госпдоговори виконувались впродовж 1 року, що було пов'язано із обмеженими можливостями замовників по фінансуванню виконання замовлених робіт.

Фактично від виконання госпдоговірної тематики у 2001 році одержано 335 тис. грн., що складає 11% загального фінансування інституту (3.058 тис. грн.) або 13% від бюджетного фінансування відомчої науково-дослідної тематики.
Приклади виконання робіт за госпдоговорами:
Г/д № 2811 "Оцінка ресурсу бандажів турбогенераторів" Замовник ДАЕК "Західенерго". Виконавець – д. т. н. О. І. Балицький.
Г/д № 2798 "Оцінка захисних характеристик антикорозійних покрить на бандажах турбогенераторів". Замовник ВАТ "Львів­енерго­ре­монт". Виконавець – д. т. н. О. І. Балицький.

Запропоновано розчини хлориду натрію та дихлориду міді для прискорених випробувань полімерних композицій із бар'єрним та бар'єрно-адгезійним механізмами захисту, котрі використовують для протикорозійного захисту найбільш навантажених вузлів турбогенераторів.

Показано ефективність та визначено оптимальні параметри катодного захисту високоазотних аустенітних хромомарганцевих сталей від корозійного розтріскування та виразкової корозії у вказаних гарячих розчинах.

Рекомендовано поліуретанову грунтову фарбу для протикорозійно­го захисту високоміцних хромомарганцевих сталей у турбогенераторах ТВВ та Т3В, що має вищі протикорозійні характеристики порівняно з тради­ційно використовуваними кремнійорганічно-алкідними емалями і забезпечує надійний захист, продовжуючи залишковий ресурс та безаварійну роботу роторно-бандажних вузлів енергоблоків ТЕС та АЕС України.

На основі аналізу проведених досліджень видно, що границя міцності системи трубка–захисне покриття знаходиться в діапазоні 758,5...792,8 МПа, відносне звуження 11,3...31,8 %, відносне видовження 3,7...4,2 %.

Після електрополірування границя міцності знаходитьмя в межах 792,8 МПа, відносне звуження 27,0%, відносне видовження 3,5%.

З метою встановлення природи та механізмів руйнування системи метал–захисне покриття на наступних етапах доцільно виготовити зразки та дослідити основні механічні характеристики власне захисного покриття та матеріалу трубок.

Розроблено та виготовлено 7 типів нових порошкових дротів для електрометалізаційного нанесення відновних покрить та показано, що:

– додаток до порошкової шихти FeCr хімічної сполуки CaF₂ (тверда змазка) приводить до виникнення ефекту "ковзаючого шару", в результаті якого коефіцієнт тертя знижується в 2...5 разів в залежності від рівня навантаження;

– введення в порошкову шихту домішок Мо суттєво знижує коефіцієнт тертя, збільшує когезію покрить, але підвищує рівень внутрішніх напружень в покриттях, що приводить до виникнення мікротріщин;

– на основі проведених досліджень оптимізовано хімічний склад шихти порошкових дротів для відновлення деталей та виготовлена дослідна партія (100 шт.) порошкового дроту з домішками Мо для дослідно-промислової перевірки працездатності вузлів ковзання.
Г/д № 2732 "Підвищення довговічності пресформ для пресування гумотехнічних виробів". Замовник ЦБВО "Трансприлад" і ДАТ "Дружба". Виконавець – к. т. н. Р. С. Мардаревич.
Г/д № 2767 "Відновлення силових електричних контактів і ступиць коліс трамвайних вагонів". Замовник "Львівелектротранс". Виконавець – к. т. н. Р. С. Мардаревич.

Відновлення спрацьованих ступиць трамвайних коліс методом електролітичного залізнення здійснюється за розробленою технологією, особливість якої полягає в тому, що всі операції (підготовки, промивання і електроосадження) реалізуються в робочому об'ємі самої деталі. В зв'язку з цим відпадає потреба у використанні гальванічних ванн. Відпрацьовані режими електролізу і склади електролітів забезпечують нанесення якісних покрить товщиною 0.1–0,15 мм, експлуатаційні характеристики яких відповідають технічним умовам і ресурсним показникам цих деталей.

Проведено дослідження втомної міцності сталей і зварних з'єднань в середовищі аміаку з метою оптимізації і заміни сталі імпортного виробництва на вітчизняну марку.

Встановлені причини та виявлено характер корозійних пошкоджень поверхонь нафтопроводів. Проведено корозійне та електрохімічне дослідження фрагментів труби, в результаті якого було виявлено наявність деградації матеріалу внаслідок дії "донної води". Досліджено вплив інгібітора НЕФГАН на корозійну стійкість фрагментів труби та встановлений механізм його захисної дії. Запропонована технологія інгібіторного захисту нафтопроводів від корозії.

Встановлено склад солевих відкладів на внутрішніх поверхнях обладнання, оптимізовано склад промивного розчину та проведено кислотно-інгібіторне очищення обладнання.

Показано підвищення ресурсу роботи захисних втулок насосів після механоімпульсної обробки з легуванням у 3–4 рази.

Досліджено опірність сірководневому корозійному розтріскуванню під напругою та воднем ініційованому розтріскуавнню відповідальних деталей (корпус, фланці тощо) фонтанної арматури (виробник – Конотопський арматурний завод), яка частково встановлена на свердловинах Локачинського газового родовища.

Підтверджено можливість її експлуатації на газовому родовищі за умови одночасного використання інгібіторного захисту газодобувного обладнання.

На основі проведених досліджень Держнаглядохоронпраці (Мі­ністерство соціальної політики і праці) надав дозвіл на її експлуатацію.

Досліджено вплив вмісту сірки та 4-х режимів термічної обробки на опірність трубної сталі 20ХФ сірководневому корозійному розтріскуванню під напругою та водневому розтріскуванню.

Встановлено, що після подвійного гартуавння та відпуску за температури 690–695 С сталь із пониженим вмістом сірки (0,008 %) відповідає вимогам до сталей, призначеним для використання в сірководневих середовищах (_пор = 0,8 _0,2min).
Г/д № 2800 "Розробка та впровадження методу протикорозійного захисту стальних деталей у високоагресивних середовищах за підвищених температур". Замовник ТзОВ "Техарм" (м. Львів). Виконавець – гол. інж. Л. М. Карвацький.

Випробувано метод захисту деталей запірної арматури неметалевим покриттям для технологічних апаратів хімпромисловості, які працюють в кислотах за підвищених температур.

Виготовлено дослідні зразки підшипників, що випробовуються на виробництві.

Розроблено та синтезовано нові кисеньвмісні цирконієві сплави Zr₄Fe₂O_x та Zr₃NiO_x. На основі отриманих результатів запропоновано спосіб пониження схильності інтерметалічних сполук на основі Zr до водневого диспропорціонування за рахунок їх модифікації киснем.

Виготовлено і передано чотири портативні прилади ВП-2 для міряння потенціалів та прилад ВОЗ у комплекті з генератором стабільного змінного струму ГСЗС для міряння опору заземлень. Технічний опис та інструкція до експлуатації.

Проведено експертний аналіз корозійних пошкоджень нафтопро­водів в умовах експлуатації. Розглянуто спосіб контролю електрохімічної корозії та рекомендації на антикорозійний захист внутрішньої поверхні нафтопроводу. Передано звіт про виконану науково-дослідну роботу.