ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СУДОВ И ИХ МЕХАНИЗМОВ НАНЕСЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Приводятся результаты исследований по нанесению на детали судовых вспомогательных дизелей изностойких и кавитационностойких плазменных покрытий собственных разработок. Даны обоснования и практические разработки по нанесению противообрастающих плазменных покрытий на погруженные части судов. Показано, что практическое применение таких покрытий позволяет в 2-3 раза сократить сроки докования судов для очистки от продуктов коррозии и обрастания, резко увеличивается экономическую эффективность эксплуатации судов.

Ключевые слова:
коррозия, кавитационная эрозия, защитные покрытия, детали машин и механизмов, плазменное покрытие, изностойкость, коленчатый вал, обрастание
Текст
Введение Для повышения эксплуатационных качеств судов и их механизмов были проведены подробные исследования по нанесению плазменных покрытий многофункционального назначения. Выполнены обширные лабораторные и натурные исследования по восстановлению шеек коленчатых валов быстроходных судовых дизелей 4Ч 8,5/11 и 4Ч 9,5/11 нанесением изностойких плазменных покрытий системы Ti-Ni-Al. Металлографические исследования показали, что в структуре этих покрытий преобладают деформационно упрочняющиеся интерметаллиды NiTi, Ni2Ti, TiAl, обладающие высокой изностойкостью. Установлено, что при сухом трении скольжения опытных образцов с плазменным покрытием состава 30 % Ni + 10 % Al + 60 % Ti (% мас.), толщиной 1,5…1,8 мм и стендовыми испытаниями на дизелях, при нанесении таких покрытий на шейки коленчатых валов данных двигателей, можно вдвое увеличить срок их безремонтной эксплуатации. Это резко снижет ремонтные расходы и объем запасных деталей, что дает высокий экономический эффект. На основе данных исследований разработаны технологии подготовки коленчатых валов к напылению с оптимальным составом покрытия и режимом технологии его создания, которые переданы заводу-изготовителю (ОАО «Завод «Дагдизель») для внедрения. Проведены исследования по разработке кавитационностойких плазменных покрытий системы Ti-Al для гребных винтов скоростных судов с целью их защиты от кавитационной эрозии. В [1, 2] установлено, что созданием на поверхности деталей судовых дизелей, гидроагрегатов, подверженных кавитационной эрозии, покрытий с положительным электрохимическим потенциалом, высокой склонностью к деформационному упрочнению можно значительно увеличить их кавитационную стойкость. Этим требованиям вполне отвечают покрытия системы Ti-Al оптимального состава. Подробно исследованы на кавитационную стойкость образцы с покрытием системой Ti-Al (табл. 1), которые показали, что покрытия состава 65 % Ti + 35 % Al соответствуют по кавитационной стойкости нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Результаты испытаний позволяют предложить замену дорогостоящей нержавеющей стали для отливки судовых гребных винтов дешевой углеродистой сталью 40Л с последующим нанесением на поверхность гребных винтов кавитационно-стойкого плазменного покрытия системы Ti-Al. Возможность нанесения плазменных покрытий многоцелевого назначения обеспечивает решение весьма актуальной проблемы судовладельцев - борьбы с обрастанием погруженных частей судов. Таблица 1 Кавитационная стойкости плазменных покрытий системы Ti-Al Состав покрытия, % мас. Толщина слоя, мм Потери массы за 2часа испытания*, г 80 Ti + 20 Al 0,7-0,9 45,1 70 Ti + 30 Al 0,7-1,0 39,64 65 Ti + 35 Al 0,9-1,0 18,2 60 Ti + 40 Al 0,8-1,0 36,4 Сталь 40Л - 58,6 Сталь 12Х18Н10Т - 18,5 * Кавитационные испытания проводили на магнитострикционной установке, по методике, изложенной в [4]. Обрастание корпусов судов обычного класса, крыльев и крыльевого аппарата у судов на подводных крыльях наносит судовладельцам весьма ощутимый материальный ущерб. Например, после 10-15 суток простоя в Черном море крыльевый аппарат судов на подводных крыльях обрастает настолько сильно, что суда полностью теряют ходовые качества, и их приходится доковать для очистки от обрастателей [3]. Были проведены обширные исследования по созданию плазменных покрытий с противообрастающими свойствами. При выборе составов покрытий была изучена возможность решения этой задачи вводом в состав среды напыления бактерицидных элементов: бериллия (Be), сурьмы (Sb), кадмия (Cd), меди (Cu). С целью установления электрохимической природы исследованных систем покрытий было осуществлено коррозионное испытание опытных образцов в растворе 3 % NaCl в воде. Исследования показали, что предлагаемые покрытия имеют меньший электродный потенциал в морской воде по сравнению с подложкой (АМг61). Это важный момент, т. к. плазменные покрытия являются пористыми, доступными для растворителя (морской воды) и, играя роль анода, защищают от коррозии катодную подложку (облицовку крыльев и крыльевого аппарата судов на подводных крыльях). Для определения противообрастающей способности наносимых покрытий были проведены ускоренные лабораторные испытания глинциновым методом, основанным на определении скорости выщелачивания меди при погружении опытных пластин размерами 50 100 мм, напыленных со всех сторон, в глинциновый раствор. Пластины выдерживали в емкости (250 мл) с глицериновым раствором в течение 72 часов (что соответствует году натурных испытаний [4]), затем раствор подвергли калориметрическому анализу для определения количества выщелоченной меди, что позволило рассчитать скорость выщелачивания (табл. 2). Таблица 2 Противообрастающая способность исследованных покрытий Состав покрытия, % мас. Толщина слоя, мм Скорость выщелачивания, мкг/(см2/ сут) 75 NiTi + 22 Cu + 3 Cd 0,9 18,50 70 NiTi + 18 Cu + 6 Be + 6 Cd 0,8 25,45 30 Cu + 70 NiTi 0,9 21,80 20 Cu + 80 NiTi 0,9 18,10 75 Cr-Ni + 15 Cu + 10 Sb 0,6 12,70 80 Cr-Ni + 20 Cu 0,7 15,10 Для установления противообрастающих свойств изученных плазменных покрытий в натуральных условиях проведены дополнительные стендовые испытания напыленных пластин размерами 200 350 мм и толщиной 2,0 мм из стали 08 кп при погружении их в Каспийское море в течение 45 суток. Заключение Таким образом, испытания показали, что весьма стойкими против обрастания являются нитиноловые покрытия с добавками 18 % Cu, 6 % Cd и 6 % Be, пластины которых имели всего 2-3 % площади обрастания. Такие покрытия можно предложить в качестве эффективного средства для защиты корпусов плавсредств от обрастания.
Список литературы

1. Ворошнин Л. Г. Кавитационностойкие диффузионные покрытия на железоуглеродистых сплавах / Л. Г. Ворошнин, М. М. Абачараев, Б. М. Хусид. Минск: Наука и техника, 1986. 248 с.

2. Абачараев М. М. Комплексный подход к повышению пропульсивных качеств судов / М. М. Абачараев, И. М. Абачараев // Морской вестн. 2005. № 1 (3). С. 8-9.

3. Лебедев Е. М. Биологические повреждения материалов в водных средах / Е. М. Лебедев // Проблемы биологических повреждений и обрастания материалов изделий, сооружений. М.: Наука, 1977. С. 120-123.

4. Абачараев М. М. Кавитация и защита металлов от кавитационных разрушений / М. М. Абачараев. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1990. 196 с.