6.6. Кавитационностойкие покрытия

Изделия и объекты, которые эксплуатируются при контакте с движущимися жидкостями и газами (гидросиловое оборудование ГЭС, днища судов, гидротехнические сооружения и др.), при скоростях обтекания 30 м/с подвергаются эрозионному разрушению в результате кавитации поверхности, вызванной воздействием ударных волн. Такому виду разрушения подвержены почти все твердые материалы, в их числе металл и бетон.

Стойкость покрытий к кавитации зависит от характера и скорости движения среды, природы подложки, структуры и физического состояния материала пленки, ее адгезии к подложке, от деформационных свойств покрытий. В наибольшей степени противостоят эрозионному разрушению покрытия из эластомеров, обладающие высокой прочностью, относительным удлинением, адгезией и малыми временами релаксации. Они служат демпфером, способным гасить ударные кавитационные импульсы. Их формируют используя комбинированные пленкообразователи превращаемого типа  как правило, это смеси жесткоцепных полимеров или олигомеров (виниловых, эпоксидных) с эластомерами (каучуками). Установлено, что пигменты и наполнители практически не влияют на кавитационную стойкость покрытий.

Для создания кавитационных покрытий на металлах разработаны эмали: перхлорвиниловая ХВ74, на основе сополимера винилхлорида ХС48, эпоксидно-каучуковые ЭП43, ЭП917.

Кавитационная стойкость покрытий из эмали ЭП43 толщиной 300400 мкм при ускоренных испытаниях в трубе Вентури (скорость омывания водой 60 м/с)  70100ч (к0,25 г/мкм)

(6.10)

где  время разрушения пленки;

h  толщина пленки;

 скорость кавитационного потока

n = 45.

Такие покрытия обеспечивают надежную защиту гребных винтов на судах и других объектов от разрушения и коррозии.

Разработаны покрытия, снижающие сопротивление трению в воде, которые применяют с целью повышения ходовых качеств судов, для уменьшения энергетических затрат при транспортировании водных сред по трубам и др. Для их создания в качестве пленкообразователей используют водорастворимые и водонабухающие полимеры (полиэтилен-оксид с ММ 10⁶10⁷, гидроксилсодержащие акриловые, некоторые оловоорганические), обладающие способностью полироваться водой. Положительный эффект достигается также при введении в состав красок водорастворимых полимерных наполнителей (полиакриламид, Naкарбоксиметилцеллюлоза, сополимеры акриламида с Nвинилпирролидоном). При набухании пленок покрытия коэффициент трения на межфазной границе близок к коэффициенту трения воды.

6.7. Методы определения механических свойств пленок

При определении механических свойств покрытий (применяют как свободные, так и адгезированные к подложке пленки) должно соблюдаться важное требование  стандартность. То есть, покрытия должны быть равнотолщинными, получены в одинаковых условиях, не иметь дефектов (газовые включения, поры, риски).

Свободные пленки можно получать, используя особые подложки: фторопластовый лист, амальгамированную жесть, алюминиевую фольгу или специально приготовленное стекло.

Большую часть испытаний проводят в условиях воздействия растягивающей нагрузки в статическом режиме. Образцы используют в виде лопаток стандартных размеров; одноосное растяжение осуществляют на динамометрах разных конструкций (РМИ5, ZМ40, типа Поляни и др.) при скоростях 0,01150 мм/мин.

Эластичность при изгибе и прочность при растяжении покрытий определяют по «шкале гибкости» (ГОСТ 680673), на коническом стержне и прессе типа «Э» или МТЛ10г. При всех испытаниях подложка изгибается или вытягивается (деформируется) одновременно с покрытием, находящемся на ней.

Когезионную прочность оценивают по твердости покрытий. Для определения твердости используют маятниковые приборы, основанные на принципе вдавливания или царапания покрытия более твердым телом. С помощью микротвердомера ПМТ3 можно определять не только поверхностную твердость покрытий, но и их твердость на глубине.

Ударную прочность покрытий определяют на приборах У1 и У2 по ГОСТ 476573 (н/м). Стойкость покрытий к абразивному износу определяют:

1. по времени воздействия или массе абразива, вызывающего разрушение;

2. по значению абсолютного износа пленки, которое устанавливают с помощью приборов ГИПИ ЛКП, ИФХ АН СССР, АПГ (ГДР), ИС1, Гарднера и др.

Для измерения демпфирующих свойств покрытий используют методы динамической петли гистерезиса, свободных затухающих и вынужденных колебаний в зоне резонанса.

Кавитационную стойкость покрытий определяют путем натурных и стендовых испытаний. В натурных испытаниях покрытия наносят на поверхности, которые подвергаются обтеканию с большими скоростями жидкостями или газами (турбины, гребные винты). В стендовых  используют приборы, где создаются скорости движения жидкостей, превышающие 30 м/с (труба Вентури, ультразвуковые диспергаторы и т. д.). Состояние покрытия при этом оценивается визуально или по изменению некоторых свойств (шероховатость поверхности, потеря массы, начало появления коррозии и др.).