Лазерный метод защиты алюминиевого сплава от минеральных отложений

Михалевич М.А., Давыдова Е.А., Жукова С.И., Петрова В.Р., Суслов Р.Р., Гришина А.И., Москвин М.К., Романова Г.В.

Ссылка для цитирования:

Михалевич М.А., Давыдова Е.А., Жукова С.И., Петрова В.Р., Суслов Р.Р., Гришина А.И., Москвин М.К., Романова Г.В. Лазерный метод защиты алюминиевого сплава от минеральных отложений // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 4. С. 81–90. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-04-81-90

Mikhalevich M.A., Davydova E.A., Zhukova S.I., Petrova V.R., Suslov R.R., Grishina A.I., Moskvin M.K., Romanova G.V. Laser method for protecting aluminum alloy from mineral sediments [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 4. P. 81–90. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-04-81-90

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. В работе представлены результаты комплексного исследования влияния лазерного микроструктурирования поверхности дюралюминия на снижение уровня минеральных отложений. Цель работы — разработка лазерного метода защиты алюминиевого сплава АМцМ от минеральных отложений. Метод. Разработанный метод основан на исследовании влияния геометрических параметров лазерно-индуцированных микроструктур и состояния смачивания поверхности сплава алюминия на степень образования минеральных отложений. Основные результаты. Показано, что создание периодических микрорельефов с последующей химической гидрофобизацией позволяет достичь устойчивого состояния смачивания Касси–Бакстера, что приводит к значительному уменьшению площади контакта жидкости с поверхностью и, как следствие, к снижению образования гетерогенных минеральных отложений. Впервые экспериментально показано, что лазерно-модифицированный супергидрофобный рельеф на поверхности дюралюминия приводит к снижению степени образования минеральных отложений в 2,5–3 раза по сравнению с гидрофильным материалом и в 2 раза по сравнению с коммерческими защитными покрытиями. Практическая значимость. Разрабатываемый лазерный метод защиты алюминия от минеральных отложений имеет прикладное значение для теплообменного оборудования, трубопроводов и бытовых приборов, которые подвержены образованию накипи.

Ключевые слова:

лазерное структурирование, минеральные отложения, смачивание, гидрофобность, микрорельеф, состояние Касси–Бакстера, теплообменное оборудование

Благодарность:

исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 24-79-00255 «Метод лазерного структурирования металлов для предотвращения биообрастания и минеральных отложений солей кальция и магния»

Коды OCIS: 160.3900, 350.3850

Список источников:

1. Кекин П.А. Кристаллизация карбоната кальция в технологических водных системах // Автореферат канд. дисс. Москва: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, 2018. 119 с.
Kekin P. A. Crystallization of calcium carbonate in technological water systems // Abstract of the candidate diss. Moscow: Russian Chemical-Technological University named after D.I. Mendeleyev, 2018. 119 p.
2. Tang S., Ji Y., Ge K. Crystallization kinetics and mechanisms of calcium sulfate dihydrate: experimental investigation and theoretical analysis // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2020. V. 59. № 50. P. 21676–21684. https://doi.org/ 10.1021/acs.iecr.0c04220
3. Berce J., Zupančič M., Može M., Golobič I. et al. A review of crystallization fouling in heat exchangers // Processes. 2021. V. 9. № 8. P. 1356. https://doi.org/ 10.3390/pr9081356
4. Якупова А.М. Причины образования и методы удаления солеотложений в промысловой практике эксплуатации скважин // Проблемы рационального природопользования и история геологического поиска в Западной Сибири. 2017. С. 34–37.
Yakubova A.M. Causes of formation and methods of removal of scale deposits in the industrial practice of well operation // Problems of rational nature management and the history of geological prospecting in Western Siberia. 2017. P. 34–37.
5. Гридневский С.Г., Зевин С.Л., Комаров А.П., Жигаленко В.А. Очистка труб большого диаметра от минеральных отложений // Металлург. 1988. Т. 32. № 7. С. 251–253.
Gridnevskii S.G., Zevin S.L., Komarov A.P., Zhigalenko V.A. Cleaning mineral deposits from large-diameter pipes // Metallurgist. 1988. V. 32. № 7. P. 251–253.
6. Martínez Moya S., Boluda Botella N. Review of techniques to reduce and prevent carbonate scale. Prospecting in water treatment by magnetism and electromagnetism // Water. 2021. V. 13. № 17. P. 2365. https://doi.org/ 10.3390/w13172365
7. Xu Z., Zhao Y., He J., Qu H., Wang Y., Wang B. Fouling characterization of calcium carbonate on heat transfer surfaces with sodium carboxymethyl cellulose as an inhibitor // International Journal of Thermal Sciences. 2021. V. 162. P. 106790. https://doi.org/ 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106790
8. Al Munif E.H., Alhamad L.A., Almubarak T.A. Acoustic anti-scaling technology for sustainable scaling prevention in the oil and gas industry // Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference. 2023. P. D021S067R007. https://doi.org/ 10.2118/216280-MS
9. Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J.T. et al. Surfacewetting characterization using contact-angle measurements // Nat. Protoc. 2018. V. 13. P. 1521–1538. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0003-z
10. Mousavi S.M.A., Pitchumani R. Mineral scaling on brass and aluminum surfaces with a range of wettability // Surfaces and Interfaces. 2022. V. 34. P. 102379. https://doi.org/ 10.1016/j.surfin.2022.102379
11. Тикоцкая К.М. Влияние сплавов алюминия различных марок на устойчивость аскорбиновой кислоты // Гигиена и санитария. 1948. № 9. С. 28–31.

Tikotskaya K.M. Influence of aluminum alloys of different grades on the stability of ascorbic acid // Hygiene and Sanitation. 1948. № 9. P. 28–31.
12. Filatov I.A., Davydova E.A., Shchedrina N.N., Peltek A., Prokopyev V.M., Odintsova G.V. Laser technologies possibilities for reducing biofouling of metals in the aquatic environment // Photonics Russia. 2022. V. 16. № 4. P. 328–340. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.4.328.338
Филатов И.А., Давыдова Е.А., Щедрина Н.Н., Пельтек А., Прокопьев В.М., Одинцова Г.В. Возможности лазерных технологий для снижения биообрастания металлов в водной среде // Фотоника. 2022. Т. 16. № 4. С. 328–340. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.4.328.338
13. Shariati-Rad M., Heidari S. Classification and determination of total hardness of water using silver nanoparticles // Talanta. 2020. V. 219. P. 121297. https://doi.org/ 10.1016/j.talanta.2020.121297
14. Dong L., Nypelo T., Osterberg M., Laine J., Alava M. Modifying the wettability of surfaces by nanoparticles: Experiments and modeling using the Wenzel law // Langmuir. 2010. V. 26. № 18. P. 14563–14566. https://doi.org/ 10.1021/la101934t
15. Murakami D., Jinnai H., Takahara A. Wetting transition from the Cassie–Baxter state to the Wenzel state on textured polymer surfaces // Langmuir. 2014. V. 30. № 8. P. 2061–2067. https://doi.org/ 10.1021/la4049067