Ці з'яўляецца алюміній з устойлівым да сульфідаў пакрыццём лепшай абаронай ад гідратэрмальных вулканічных газаў?

Размяшчэнне тэлеметрычных прыбораў, газавых сніффераў і акустычных манітораў паблізу глыбакаакіянскіх гідратэрмальных крыніц ставіць канструкцыйныя матэрыялы ў агрэсіўнае хімічнае і тэрмічнае асяроддзе. Актыўныя гідратэрмальныя палі ('чорныя курцы') выкідваюць кіслыя, багатыя мінераламі шлейфы (250°C - 400°C), напоўненыя раствораным серавадародам (H₂S), дыяксідам серы (SO₂), салянай кіслатой (HCl) і метанам, зніжаючы pH мясцовай навакольнага вадкасці да кіслотнага 2,0 - 4,0.

На працягу дзесяцігоддзяў акіянаграфічныя кансорцыумы выкарыстоўвалі цвёрдыя суперсплавы нікеля (напрыклад, Hastelloy C-276 або Inconel 625) або тытан класа 5 для корпусаў бентосных датчыкаў. Аднак пры доўгатэрміновым маніторынгу шлейфу — калі мінералізацыя серы цэментуе разьбы злучэнняў, а кіслотныя вадкасці ў канчатковым выніку атакуюць ушчыльненні — здабыванне моцна падвергнутых карозіі карпусоў з суперсплаву коштам 30 000 долараў уяўляе сабой вялікую фінансавую адказнасць. Алюміній з устойлівым да сульфідаў пакрыццём — спалучэнне высокатрывалых канструкцыйных алюмініевых сплаваў з нізкім узроўнем напружання (серыі 5000 / 6000) з ушчыльненымі керамічна-фторпалімернымі гібрыднымі пакрыццямі або бар'ернымі матрыцамі з неарганічнага полісілазану з вадкага шкла — забяспечвае аптымальнае інжынернае рашэнне. Ён стварае шчыльны хімічны бар'ер супраць атакі кіслотных газаў, супрацьстаіць цвёрдаму сульфіднаму металічнаму адкладанню і скарачае выдаткі на закупку і выраб больш чым на 65% , дазваляючы эканамічна эфектыўныя шматкропкавыя сеткавыя масівы датчыкаў.

Хімічнае ўздзеянне і сульфіднае расколіна пад напругай (SSC) у мікраклімаце шлейфу

Асяроддзе гідратэрмальных крыніц - гэта не проста «глыбокая вада» - гэта падводныя хімічныя рэактары. Калі голыя металы ўзаемадзейнічаюць з кіслымі вулканічнымі шлейфавымі водамі, узнікаюць два асноўныя механізмы адмовы:

Сульфідная атака і хуткае растварэнне металу: звычайныя медныя сплавы, бронза і вугляродзістая сталь утвараюць друзлыя, неахоўныя лускі жалеза/сульфіду медзі (FeS, CuS), якія хутка адслойваюцца, выклікаючы хуткасць разрэджвання матэрыялу, якая перавышае некалькі міліметраў у месяц у зонах шлейфаў.

Хрупкасць, выкліканая серавадародам: у сталях і сплавах ніжэйшага гатунку H₂S дзейнічае як яд рэкамбінацыі вадароду. Атамарны вадарод, які ўтвараецца катодам, дыфузіюе непасрэдна ў металічную рашотку, выклікаючы раптоўныя структурныя расколіны ўздоўж крапежных фланцаў пры невялікіх нагрузках на расцяжэнне.

Чаму алюмінію патрэбна бар'ерная абарона: у той час як алюміній натуральным чынам супрацьстаіць атмасфернай карозіі, яго родная аксідная плёнка (Al₂O₃) хутка разбураецца ў кіслотным асяроддзі з pH ніжэй за 4,0. Такім чынам, канструкцыйны сплаў нельга падвяргаць непасрэднаму ўздзеянню; яго выжыванне цалкам залежыць ад хімічнай інэртнасці прымененай бар'ернай сістэмы.

Спецыялізаваная неарганічна-керамічная гібрыдная архітэктура пакрыцця

Стандартныя марскія паліурэтанавыя фарбы размягчаются, набракаюць і з'яўляюцца пухірамі на працягу некалькіх дзён у прысутнасці кіслых серных газаў. Сапраўдная ўстойлівая да сульфідаў сістэма патрабуе сшытай неарганічнай хіміі:

Полісілазан/керамічна-палімерная матрыца: складзеная з малекулярных асноў крэмнію, азоту і кіслароду, запоўненых субмікроннымі часціцамі аксіду керамікі, якія ствараюць шклопадобны бар'ер, які супрацьстаіць хімічнаму разбурэнню ад pH 1,5 да 12,0.

Высокая ўстойлівасць да тэрмічнага ўдару: у памежных зонах шлейфа бурныя плыні выклікаюць ваганні тэмпературы паміж 2°C акіянскай вады і 80°C+ гідратэрмальных флюідаў. Каэфіцыент цеплавога пашырэння (CTE) пакрыцця настроены ў адпаведнасці з алюмініевай падкладкай, прадухіляючы мікратрэшчыны падчас хуткага цеплавога цыклу.

Тэхнічная праверка і практычная праца

Прыведзенае ніжэй параўнанне прадукцыйнасці падкрэслівае эксплуатацыйныя кампрамісы паміж алюмініем з устойлівым да сульфідаў пакрыццём і традыцыйнымі вентыляцыйнымі матэрыяламі:

Камерцыйная выплата і рэнтабельнасць інвестыцый у акіянскі бізнес B2B

FAQ

Q1: Ці можа алюміній вытрымаць экстрэмальную тэмпературу 350°C у гідратэрмальнай чорнай дымцы?

A: Ніякія матэрыялы, у тым ліку алюміній з пакрыццём, не вытрымліваюць прамога бесперапыннага ўстаўлення ў вентыляцыйны комін з тэмпературай 350 °C  без спецыяльнага астуджэння. Алюміній з устойлівым да сульфідаў пакрыццём распрацаваны для прыбораў, размешчаных у навакольнай зоне змешвання шлейфу ( 2°C - 80°C ), дзе вулканічныя газы рассейваюцца ў марской вадзе.

Пытанне 2: Чаму для гідратэрмальных масіваў шлейфаў перавагу аддаюць алюмінію з пакрыццём перад сплавам Hastelloy C-276?

A: Нягледзячы на ​​тое, што Hastelloy супрацьстаіць вулканічным газам, ён надзвычай дарагі, цяжкі і вельмі павольны ў апрацоўцы. Алюміній з пакрыццём зніжае выдаткі на апаратнае забеспячэнне больш чым на 65% , што дазваляе даследчым групам будаваць і разгортваць ад 5 да 10 маніторынгавых струкоў па цане адной ёмістасці з суперсплаву нікелю.

Q3: Што перашкаджае вулканічнай мінеральнай скарынцы цэментавацца на корпусе?

A: Гідратэрмальныя вадкасці адкладаюць цяжкія сульфіды жалеза і медзі пры астуджэнні. Спецыялізаванае верхняе пакрыццё адрозніваецца нізкай павярхоўнай энергіяй і высокай гідрафобнасцю, прадухіляючы склейванне гэтых мінеральных крышталяў з паверхняй. Большасць адкладаў змываецца палубным шлангам прэснай вады пасля аднаўлення.

Q4: Што адбудзецца, калі рука маніпулятара ROV падрапае пакрыццё падчас размяшчэння?

A: Алюміній папярэдне апрацоўваецца арганасіланавым пераўтваральным пластом, які хімічна звязвае пакрыццё з металам. Калі механічная драпіна прабіваецца праз верхні пласт, карозія застаецца лакалізаванай на драпіне і не прывядзе да адслаення падплёнкі фарбы на астатняй частцы корпуса.

Пытанне 5: Як адтуліны для нітаў з разьбой абаронены ад захопу ў такіх асяроддзях з серай?

A: Унутраная разьба апрацавана тонкаплёнкавымі керамічнымі пакрыццямі або замаскіравана і апрацавана канверсійнымі пластамі аэракасмічнага класа ў спалучэнні з высокатэмпературнай неметалічнай фторпалімернай пастай супраць задзірання. Гэта захоўвае ніткі ў цэласці і прадухіляе замыканне крапежных элементаў вулканічнай накіпай падчас абслугоўвання палубы.

Заключэнне

Алюміній з устойлівым да сульфідаў пакрыццём забяспечвае практычную, высокапрадукцыйную і рэнтабельную альтэрнатыву нікелевым суперсплавам для глыбакаводных гідратэрмальных струкоў маніторынгу.

Каб аптымізаваць закупкі для праектаў вулканічных крыніц:

Нацэльвайцеся на зону рассейвання шлейфу, а не на вентыляцыйную горла: выкарыстоўвайце алюміній з пакрыццём для адсочвання шлейфу, маніторынгу межаў і прыбораў для нюхання тоўшчы вады (2°C - 80°C); рэзервовы тытан або суперсплавы для зондаў, устаўленых непасрэдна ў гідратэрмальную адтуліну 350°C.

Мандатныя неарганічныя / керамічна-гібрыдныя склады пакрыццяў: выключыце стандартныя марскія паліурэтаны; пакажыце матрыцы з пашытага полисилазана або керамікі і фторпалімераў, разлічаныя на пастаяннае ўздзеянне вадкасцяў з pH 2,0 - 4,0.

Патрабуецца 100% сертыфікацыя на нулявыя адтуліны, правераныя на іскры: пераканайцеся, што вытворца пакрыцця забяспечвае праверку сітаватасці электрычнай іскры, каб гарантаваць адсутнасць мікрапустот, дзе кіслотныя газы могуць кантактаваць з алюмініевай асновай