أخبار ar.wedoany.com، نجح خبراء من جامعة نوفوسيبيرسك التقنية الحكومية (НГТУ НЭТИ) بالتعاون مع معهد بودكر للفيزياء النووية التابع لفرع سيبيريا لأكاديمية العلوم الروسية (ИЯФ СО РАН) في مضاعفة مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ من نوع الكروم والنيكل (المعروف شعبياً باسم "الفولاذ المقاوم للصدأ"). لا تُستخدم هذه المادة فقط في صناعة الأواني المنزلية وأدوات المائدة، بل أيضاً في تصنيع مكونات مختلفة لمعدات صناعة النفط. بالنسبة للعاملين في قطاع النفط، يُفضل الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومته العالية للتآكل، وهي خاصية بالغة الأهمية في بيئات العمل تحت الأرض. إذا أمكن تحسين مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الهيدروليكي (أي مقاومة تأثير الجسيمات الصلبة المنقولة مع تدفق السوائل)، فسيصبح أكثر ملاءمة لهذه الصناعة.

استخدم علماء نوفوسيبيرسك المعجل الصناعي ELV-8 التابع لمعهد الفيزياء النووية، وطبقوا تقنية التكسية بالحزمة الإلكترونية لطلاء سطح الفولاذ المقاوم للصدأ بطبقة من البوريدات المكونة من خليط من مسحوق البورون والحديد. أظهرت اختبارات مقاومة التآكل الهيدروليكي التي أجريت في معهد لافرينتييف للديناميكا المائية التابع لفرع سيبيريا لأكاديمية العلوم الروسية (ИГиЛ СО РАН) أن مقاومة التآكل ومقاومة التآكل الكيميائي لهذا الفولاذ المحسّن تضاعفت مقارنة بالفولاذ العادي. نُشرت نتائج البحث في مجلة "علم المعادن"، وهي جزء من مشروع بحثي كبير يهدف إلى الحصول على فولاذ مقاوم للصدأ عالي الأداء مناسب للظروف التشغيلية القاسية.

علقت يفدوكيا بوشويفا، الأستاذة المساعدة في قسم علوم المواد الهندسية بجامعة نوفوسيبيرسك التقنية الحكومية والحاصلة على درجة دكتوراه في العلوم التقنية، قائلة: "يستخدم خبراء صناعة النفط مكونات معدات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من نوع الكروم والنيكل، وذلك لامتلاكه عدة خصائص مهمة. أولاً، يتمتع بمقاومة للتآكل، وهو أمر بالغ الأهمية لأن معدات معالجة النفط تحت الأرض توجد في بيئات كيميائية تآكلية، مثل تأثير المياه الجوفية والمحاليل الإلكتروليتية والغازات المصاحبة. خاصية أخرى مهمة للفولاذ المقاوم للصدأ هي قابليته الجيدة للتشغيل. غالباً ما تكون مكونات هذه المعدات ذات أشكال معقدة، لذا يجب أن تكون مادة التصنيع لدنة. ثالثاً، وهو أمر لا يقل أهمية، أن الفولاذ المقاوم للصدأ غير مكلف نسبياً."

على الرغم من مزاياه العديدة، يعاني الفولاذ المقاوم للصدأ من عيب واحد: انخفاض مقاومة التآكل. مقاومة التآكل هي قدرة المادة على مقاومة تدمير وتآكل سطحها تحت ظروف الاحتكاك. للتآكل أشكال متعددة، لكن بالنسبة لصناعة النفط، غالباً ما يشير إلى التآكل الكاشط.

أضافت بوشويفا: "يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بدونة كافية، مما يجعله يقاوم بصعوبة تدفق المياه المحتوية على جزيئات كاشطة صلبة. تعمل المواد الكاشطة مثل آلاف السكاكين التي تخترق السطح. تظهر أولاً الخدوش والسحجات والشقوق، وبالنظر إلى أن المادة تتعرض في الوقت نفسه لتأثير بيئة تآكلية، فإن مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل تنخفض بشكل كبير. في النهاية، ينخفض وقت تشغيل هذه المعدات من آلاف الساعات المتوقعة إلى بضع مئات من الساعات فقط. لذلك، فإن المهمة التي تواجه الصناعة - وبالتالي العلم - هي إطالة العمر الافتراضي لمعدات استخراج النفط."

إحدى طرق جعل الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي أكثر مقاومة للتآكل هي تقوية طبقته السطحية. اختار خبراء جامعة نوفوسيبيرسك التقنية الحكومية مواد تعتمد على بوريدات الكروم والحديد كطبقة تقوية، وقاموا بتحضير هذه الطبقة باستخدام التكسية بالحزمة الإلكترونية على المعجل الصناعي ELV-8 في معهد الفيزياء النووية. يتمتع هذا المعجل بوضع جهاز علمي فريد (منصة اختبار ELV-6) وهو مدرج في سجل البنية التحتية البحثية الحكومية للاتحاد الروسي.

شرح ميخائيل غوركوفسكي، الباحث الكبير في معهد الفيزياء النووية: "يُنتج المعجل الصناعي حزمة إلكترونية مستمرة قوية، نستخدمها لمعالجة سطح المادة (في هذه الحالة الفولاذ المقاوم للصدأ) مع مسحوق التعديل الموضوع على سطحها. مقارنة بطرق التقوية الأخرى (مثل الرش البلازمي، والتكسية بالليزر، والتكسية بالقوس الكهربائي)، تتميز طريقتنا بمجموعة من المزايا. يمكننا تشكيل طبقة سطحية على المادة أكثر سمكاً من تلك الناتجة عن التكسية بالليزر، وهذه الطبقة خالية من المسامية، ولا تعاني من ضعف الارتباط بالركيزة كما هو الحال في الرش البلازمي. التكسية بالليزر تنتج طبقة لا يتجاوز سمكها بضع عشرات من الميكرومترات، بينما يمكننا الحصول على طبقة بسمك بضعة ملليمترات وخالية من المسام. من المهم بنفس القدر أننا نضمن الارتباط المعدني للطبقة، أي أن قوة ارتباط الطبقة المكسوة بالركيزة لا تقل عن قوة المعدن الأساسي نفسه. في ظروف التشغيل القاسية، حتى لو كانت الطبقة نفسها قوية جداً، لكنها إذا كانت عرضة للانفصال عن الركيزة، فهذا غير مقبول. يتميز المعجل الصناعي بكفاءة إنتاجية عالية: متوسط سرعة معالجة المادة هو 2 متر مربع في الساعة، وهو مؤشر جيد. وتجدر الإشارة أيضاً إلى أننا نعمل في الغلاف الجوي، وليس في الفراغ. الطرق التي تتطلب معالجة في غرفة مفرغة هي أكثر تعقيداً من الناحية التقنية وتستغرق وقتاً أطول. قوة مصدر الإلكترونات لدينا أعلى بمقدار واحد إلى اثنين من حيث الحجم من قوة الليزر. بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل امتصاص مادتنا للحزمة الإلكترونية يبلغ 90%، أي أن كل طاقة الحزمة تقريباً تتحول إلى حرارة داخل المادة، بينما يبلغ امتصاص الليزر 10% فقط."

بعد الحصول على عينات من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات طبقة سطحية مقواة، أجرى الخبراء سلسلة من التجارب لمحاكاة ظروف العمل القاسية لمعدات استخراج النفط.

علقت بوشويفا: "نظراً لأننا نستهدف صناعة استخراج النفط، كان أحد الاختبارات هو اختبار التآكل الهيدروليكي الكاشط، الذي أجريناه على معدات معهد الديناميكا المائية. قمنا بقذف العينات بتدفق مائي قوي (يحتوي على جزيئات أكسيد الألومنيوم، أي رمل محمول بالهواء)، مما خلق ظروفاً قاسية قدر الإمكان عمداً. كانت النتائج جيدة جداً: كان تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى أقل بمقدار النصف مقارنة بالفولاذ العادي. نتيجة أخرى تتعلق بمقاومة التآكل. اختبرنا الطبقة في بيئات تآكلية، محاكاة ظروف تأثير المحاليل الطارئة. عندما يحدث انسداد في معدات استخراج النفط (مثل دخول الصخور مما يمنع الآلية من الدوران)، تُستخدم محاليل تحتوي على أحماض تآكلية قوية مثل حمض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك. هذا الخليط القوي يذيب الصخور بسرعة، لكنه قد يؤدي أيضاً إلى تآكل مادة المعدات. في هذا الجانب، كانت مقاومة عيناتنا للتآكل أعلى أيضاً بمقدار الضعف مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ العادي."

يشير الخبراء إلى أن النتائج البحثية التي تم الحصول عليها هي جزء من عمل كبير لتطوير الطلاءات المقواة.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com