Применение технологии микродугового оксидирования для повышения долговечности деталей узлов трения нефтедобывающего оборудования

Статья посвящена изучению перспектив использование деталей из алюминиевых сплавов с нанесённым на поверхность трения методом микродугового оксидирования оксидно-керамическим покрытием в узлах трениях, работающих за счёт смазки жидкой средой, в которой они работают или которая перекачивается данным механизмом. К таким механизмам и узлам трения относятся элементы насосно-компрессорного оборудования, применяемого в нефтепромысловой отрасли (запорная арматура, детали центробежных, лопастных, шиберных, шестерённых и других насосов, некоторые резьбовые соединения). В данной ситуации сопряжённые трущиеся поверхности оказываются постоянно смазанными рабочей средой (вода, нефть, водно-нефтяные эмульсии).

Триботехнические испытания проводили на лабораторной установке, узел трения которой состоял из вращающегося ролика из алюминиевого сплава марки АМг6 и скользящей по нему ленты из алюминиевой фольги марки АД1 толщиной 100 мкм. На обоих деталях было нанесено методом микродугового оксидирования оксидно-керамическое покрытие. В качестве электролита использовали раствор, содержащий натриевое жидкое стекло в количестве 13 г/л и гидроксид калия — 2,5 г/л. Процесс оксидирования проводили в симметричном анодно-катодном режиме с использованием промышленного переменного тока частотой 50 Гц при постоянной плотности тока равной 6 А/дм² до конечного напряжения 400 В.

Проведенные лабораторные испытания показали, что детали из алюминиевых сплавов с оксидно-керамическим покрытием могут успешно применяться в узлах трения, характеризующихся невысокими контактными давлениями и скоростями скольжения. При этом очень высокая коррозионная стойкость оксидно-керамических покрытий обеспечивает защиту узлов трения от воздействия агрессивных сред (пластовая вода с повышенной минерализацией, водно-нефтяные эмульсии, содержащие сероводород, углекислый газ), а также от всегда присутствующих в добываемых и сопутствующих флюидах абразивных частиц. Применение алюминиевых сплавов в узлах трения с упрочнённой методом микродугового оксидирования поверхностью позволит снизить вес насосно-компрессорного оборудования, например, погружных многоступенчатых насосных установок вследствие чего снижаются затраты на проведение спускоподъёмных операций, а также послужит повышению эксплуатационной надёжности и долговечности нефтепромыслового насосно-компрессорного оборудования.

1. Парфенов Е.В., Невьянцева Р.Р., Горбатков С.А., Ерохин А. Л. Электролитно-плазменная обработка: моделирование, диагностика, управление. — М: Машиностроение. — 2014

2. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов в 2 т. / под ред. И.В. Суминова. — М.: Техносфера. — 2011 (2)

3. Al-qawabeha U., Al-Qawabah S., Shehadeh L., Subbotina V.V., Belozerov V.V., and Subbotin O.V. Properties and Structures of Micro-Arc Oxide Coatings on Airplane Aluminum Alloys // Journal of Mechanical Science and Technology. — 2025 (39), no. 1, 137—142

4. Jianzhuo Zhang, Weibing Dai, Xishu Wang, Yaming Wang, Haitao Yue, Qang Li, Xinle Yang, Chenguang Guo, and Changyou Li. Micro-Arc Oxidation of Al Alloys: Mechanism, Microstructure, Surface Properties, and Fatigue Damage Behavior // Journal of Materials Research and Technology — 2023 (23), March–April, 4307—4333

5. Витязь П.А., Комаров А.И., Комарова В.И., Кузнецова Т.А. Особенности формирования износостойких слоев на поверхности модифицированного фуллеренами МДО-покрытия при трении // Трение и износ. — 2011 (32), № 4, 313—325

6. Способ нанесения износостойких покрытий на алюминий и его сплавы: пат. 9364 РБ, МПК С 25D 11/02. Афiцыйны бюл. — 2006, № 2 / П.Д. Петрашенко, П.А. Хило, И.И. Злотников и др.

7. Малышев В.Н., Гантимиров Б.М., Вольхин А.М., Ким С.Л. Повышение антифрикционных свойств износостойких МДО-покрытий // Химическая физика и мезоскопия. — 2013 (15), № 2, 254—261

8. Злотников И.И., Шаповалов В.М. Повышение антифрикционных свойств керамических покрытий, полученных методом МДО на алюминиевых сплавах // Трение и износ. — 2019 (40), № 5, 128—131

9. Злотников И.И., Проневич О.И., Сологубов А.П. Исследование свойств модифицированных керамических покрытий, получаемых методом микроплазменного анодирования на поверхности алюминия // Вестник ГГТУ имени П.О. Сухого: научно-практический журнал. — 2019, № 1, 35—40