Наноматериал для арктических трубопроводов разработали в ТИУ

Группа ученых Тюменского индустриального университета занимается разработкой наноструктурных коррозионностойких и хладостойких материалов. Полученные в лабораторных условиях образцы имеют уникальные эксплуатационные свойства и способны работать в условиях Арктики и Антарктики.

Исследования под руководством доктора химических наук, профессора Ирины Георгиевны Жихаревой проводятся на кафедре общей и физической химии уже в течение 10 лет. Тема электролитических покрытий и получения новых материалов с уникальными свойствами получила новое развитие в мае 2022 года, когда проект выиграл университетский конкурс на получение статуса «Исследователь».

«Была определена более конкретная тема: «Разработка материала с уникальными эксплуатационными свойствами: высокая хладостойкость и коррозионная стойкость, низкая хладохрупкость». Ее главная нацеленность – морские магистральные трубопроводы для углеводородов, использующиеся в условиях Арктики и Антарктики. Актуальность темы подтверждена на государственном уровне, - отметила Ирина Жихарева. – У нас есть своя теория и уникальный метод исследования».

Итогом первого этапа исследований стало получение принципиально новой фазы железа. По словам ученых, она имеет необычные свойства и встречается только в осколках железных метеоритов. Если западные ученые для получения нового материала предлагают использовать сверхвысокие давления и температуры, то в ТИУ нашли свой способ.

«Если высоким давлением обрабатывать феррит, то происходит фазовый переход из альфа в эпсилон, то есть перестройка кристаллической решетки. Из кубической решетки получается плотная гексагональная, имеющая наноструктурное строение, - рассказала Ирина Жихарева. – Мы в лабораторных условиях получили эту самую гексагональную фазу с помощью специальной установки высокочастотного переменного тока. По имеющимся у нас сведениям в настоящее время наноструктурный материал с фазой эпсилон-железо (ε-Fe) в технических целях практически не используется из-за сложности технологий и неустойчивости фазы при нормальных условиях. Поэтому нашей задачей является ее сохранение в течение длительного времени».

Полученный материал имеет уникальные свойства. Если обычный феррит – ферромагнетик, то его эпсилон-фаза совершенно не магнитная, имеет особые электропроводные свойства и микротвердость, превышающую мировой уровень. Такое покрытие на магистральных трубопроводах увеличивает срок эксплуатации и повышает их коррозионную стойкость в холодной морской воде. Кроме того, оно может использоваться как конструкционный строительный материал при возведении высотных домов, мостов, подземных сооружений и тоннелей.

«Мы предлагаем использовать наше покрытие для обычной углеродистой стали Ст3. Долговечность материала при использовании нашей модификации по теоретическим прогнозам увеличивается до 50 лет. За 10 лет в лаборатории, по нашим наблюдениям, на образце не обнаружено никаких изменений, - подчеркнула Ирина Жихарева. – Новизна разработанного нами покрытия в использовании нового метода получения – метода высокочастотного переменного тока и нормальных условий осаждения. За десятилетие, что мы публикуемся, ни одной подобной статьи в мире больше не было».

Ожидаемый результат проекта, к реализации которого приступили ученые ТИУ, - создание полупромышленной установки для получения покрытий с оптимальным содержанием ε-Fe и ферросплавов, а также разработка комплекса технических решений по повышению эксплуатационных характеристик нефтегазопромыслового оборудования.