es.wedoany.com Noticia: Expertos de la Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk (НГТУ НЭТИ) y del Instituto Budker de Física Nuclear de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia (ИЯФ СО РАН) han logrado duplicar la resistencia al desgaste del acero inoxidable al cromo-níquel (comúnmente conocido como "acero inoxidable" en la vida cotidiana). Este material no solo se utiliza para fabricar utensilios domésticos como ollas, sartenes, cuchillos y tenedores, sino también componentes de diversos equipos en la industria de procesamiento de petróleo. Para los trabajadores petroleros, el acero inoxidable es muy apreciado por su alta resistencia a la corrosión, lo cual es especialmente importante en entornos subterráneos. Si se pudiera mejorar aún más su resistencia a la erosión hidroabrasiva (es decir, la capacidad de resistir el impacto de partículas sólidas arrastradas por líquidos), sería aún más adecuado para esta industria.
Los científicos de Novosibirsk, utilizando el acelerador industrial ELV-8 del Instituto de Física Nuclear, aplicaron una capa de boruro, compuesta por una mezcla de polvo de boro y hierro, sobre la superficie del acero inoxidable mediante la técnica de revestimiento por haz de electrones. Posteriormente, las pruebas de resistencia a la erosión hidroabrasiva realizadas en el Instituto Lavrentiev de Hidrodinámica de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia (ИГиЛ СО РАН) demostraron que la resistencia al desgaste y a la corrosión de este acero inoxidable mejorado es el doble que la del acero inoxidable común. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista "Metalurgia" y forman parte de un gran proyecto destinado a obtener acero inoxidable de alto rendimiento para condiciones de operación extremas.
Evdokia Bushueva, profesora asociada del Departamento de Ciencia de Materiales de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk y candidata a doctora en ciencias técnicas, comentó: "Los expertos de la industria de procesamiento de petróleo utilizan componentes de equipos fabricados con acero inoxidable austenítico al cromo-níquel, ya que este material posee varias propiedades importantes. En primer lugar, tiene resistencia a la corrosión, lo cual es crucial porque los equipos de procesamiento de petróleo subterráneo se encuentran en entornos químicamente corrosivos, como aguas subterráneas, soluciones electrolíticas y gases asociados. Otra propiedad importante del acero inoxidable es su buena maquinabilidad. Los componentes de este tipo de equipos suelen tener formas complejas, por lo que el material de fabricación debe ser plástico. En tercer lugar, igualmente importante, el acero inoxidable es relativamente económico."
A pesar de sus muchas ventajas, el acero inoxidable tiene un inconveniente: baja resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste se refiere a la capacidad de un material para resistir la destrucción y el desgaste de su superficie en condiciones de fricción. El desgaste puede adoptar diversas formas, pero para la industria de procesamiento de petróleo, generalmente se refiere al desgaste abrasivo.
Bushueva añadió: "El acero inoxidable tiene suficiente plasticidad, por lo que es difícil resistir el impacto de un flujo de agua que contiene partículas sólidas abrasivas. El abrasivo actúa como innumerables cuchillos que penetran en la superficie. Primero aparecen rayones, rozaduras y grietas, y considerando que el material está expuesto simultáneamente a un entorno corrosivo, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable también disminuye drásticamente. Finalmente, el tiempo de funcionamiento de estos equipos se reduce de las miles de horas esperadas a solo cientos de horas. Por lo tanto, la industria —y, en consecuencia, la comunidad científica— se enfrenta a la tarea de prolongar la vida útil de los equipos de extracción de petróleo."
Una de las formas de hacer que el acero inoxidable clásico sea más resistente al desgaste es fortalecer su capa superficial. Los expertos de la Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk eligieron como capa de refuerzo un material basado en boruros de cromo y hierro, y la prepararon mediante revestimiento por haz de electrones en el acelerador industrial ELV-8 del Instituto de Física Nuclear. Este acelerador tiene el estatus de instalación científica única (banco de pruebas ELV-6) y está incluido en el registro de infraestructura de investigación estatal de la Federación de Rusia.
Mijaíl Gorkovski, investigador principal del Instituto de Física Nuclear, explicó: "El acelerador industrial genera un potente haz de electrones continuo con el que procesamos la superficie del material (en este caso, acero inoxidable) junto con el polvo modificador colocado sobre ella. En comparación con otros métodos de refuerzo, como la proyección por plasma, el revestimiento por láser y el revestimiento por arco, nuestro método tiene una serie de ventajas. Podemos formar una capa superficial más gruesa que con el revestimiento por láser, sin poros y sin el problema de una unión débil con el sustrato, característico de la proyección por plasma. El revestimiento por láser forma un espesor de no más de unas decenas de micras, mientras que nosotros podemos obtener recubrimientos de varios milímetros de espesor, sin poros. Igualmente importante es que aseguramos una unión metalúrgica del recubrimiento, es decir, la resistencia de la unión entre la capa de revestimiento y el sustrato no es inferior a la resistencia del propio metal base. En condiciones de operación severas, incluso si el recubrimiento en sí es muy resistente, no sirve si se desprende fácilmente del sustrato. El acelerador industrial tiene una alta productividad: la velocidad media de procesamiento del material es de 2 m²/h, lo cual es un buen indicador. Además, cabe señalar que trabajamos en atmósfera ambiente, no en vacío. Los métodos que requieren procesamiento en cámara de vacío son tecnológicamente más complejos y requieren más tiempo. La potencia de nuestra fuente de electrones es de uno a dos órdenes de magnitud superior a la de un láser. Además, el coeficiente de absorción del haz de electrones por nuestro material es del 90%, es decir, casi toda la energía del haz se convierte en calor dentro del material, mientras que la absorción del láser es solo del 10%."
Tras obtener muestras de acero inoxidable con una capa superficial reforzada, los expertos realizaron una serie de experimentos simulando las condiciones extremas de funcionamiento de los equipos de extracción de petróleo.
Bushueva comentó: "Dado que nos dirigimos a la industria de extracción de petróleo, una de las pruebas fue la de desgaste por erosión hidroabrasiva, que realizamos en los equipos del Instituto de Hidrodinámica. Impactamos las muestras con un potente chorro de agua (que contenía partículas de óxido de aluminio, es decir, arena con aire), creando deliberadamente las condiciones más extremas posibles. Los resultados fueron bastante buenos: el desgaste por erosión hidroabrasiva del acero inoxidable reforzado fue la mitad que el del acero inoxidable común. Otro resultado se refiere a la resistencia a la corrosión. Probamos el recubrimiento en un entorno corrosivo, simulando las condiciones de influencia de soluciones de emergencia. Cuando se produce un atasco en los equipos de extracción de petróleo (por ejemplo, cuando la entrada de roca impide que el mecanismo gire), se utilizan soluciones que contienen ácidos fuertemente corrosivos como ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido nítrico. Esta mezcla potente disuelve rápidamente la roca, pero también puede corroer el material del equipo. En este aspecto, la resistencia a la corrosión de nuestra muestra también fue el doble que la del acero inoxidable común."
Los expertos señalan que los resultados obtenidos son parte de un gran trabajo en el desarrollo de recubrimientos de refuerzo.
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