ГРЕБНОЙ ВИНТ С ЗАЩИТНЫМ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
SCREW PROPELLER WITH PROTECTIVE METAL-POLYMER COATING

Изобретение относится к области судовых движителей, а именно к защите гребных винтов и других судовых движителей от электрохимической коррозии путем нанесения на его поверхность защитного металлополимерного покрытия и может быть использовано для повышения надежности и увеличения рабочего ресурса любых судовых движителей
Эксплуатация судов и изделий судового машиностроения определяет повышенные требования по обеспечению безопасности плавания, особенно к наиболее ответственным деталям и узлам судовых механизмов, работающих в условиях циклических нагрузок и воздействия коррозионной среды. К таким деталям относятся гребные винты, которые работают в водной среде вблизи корпуса, материал которого отличается от материала винтов, при этом образуются электрические пары (например, стальной корпус - бронзовый винт), и возникающие в воде и в металле токи приводят к постепенному разрушению винтов. Процессы усугубляются воздействием кавитации, которая вымывает поверхностные продукты коррозии, дополнительно ослабляя поверхность лопастей и приводя в конечном итоге к появлению характерной сыпи из мелких язв коррозионного происхождения и, для предотвращения ухудшения гидродинамических и кавитационных характеристик винтов, требуются их ремонт практически при каждом доковании судна.
Известен аналог гребного винта, содержащий лопасти и ступицу с защитным покрытием - карбооксидом кремния, выполненным с помощью плазменного нанесения на отполированную поверхность (заявке на изобретение №2001123615 от 27.03.2003).
Данный аналог имеет низкие эксплуатационные свойства по части стойкости и прочности покрытия, в частности к гидроабразивному и кавитационному разрушению.
Известен аналог полимерного покрытия, имеющее высокую адгезию и стойкость к различным видам износа (патент на изобретение RU 2627543 от 12.10.2015 г.)
Недостатком данного аналога является несоблюдение особых требований к геометрическим размерам гребных винтов, чистоте и качеству поверхности лопастей.
Наиболее близким аналогом и принятым за прототип является гребной винт с многослойным покрытием (RU 180614 U1 от 19.10.2017), содержащий лопасти и ступицу с выполненным на них покрытием, при этом покрытие выполнено с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере многослойным, и представляет собой композит, состоящий из первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Co и второго слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Ta. При этом толщина первого нижнего слоя составляет 800-1000 мкм и второго слоя 900-1200 мкм. Достигается повышение прочностных характеристик покрытия, в частности повышение стойкости к гидроабразивному и кавитационному износу.
Недостатком указанного прототипа является его низкая устойчивость к электрохимической коррозии, что в условиях работы гребного винта в морской воде (среде электролита) приводит проявлению коррозионных язв, к ухудшению чистоты поверхности и как следствие снижению гидродинамических и кавитационных характеристик гребного винта. Кроме того, суммарная толщина защитного покрытия составляет 1700-2200 мкм, что вызывает необходимость закладывать запас на толщину покрытия при проектировании гребного винта и не дает возможность оставаться в требуемых допусках на изготовление гребного винта в случае его ремонта с последующим нанесением защитного покрытия.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик гребного винта за счет нанесения защитного металлополимерного покрытия с высокими прочностными характеристиками, адгезией к материалу основы, адгезии связи металл-полимер, антикоррозионными свойствами металлической и полимерной компоненты покрытия, стойкостью к электрохимической коррозии и эрозии.
Техническим результатом изобретения является повышение стойкости гребного винта к электрохимической коррозии, повышение прочностных характеристик и износостойкости, что приводит к недопущению ухудшения гидродинамических и кавитационных характеристик гребного винта в течение эксплуатации.
Поставленная задача решается благодаря тому, что гребной винт с защитным металлополимерным покрытием состоящий из лопастей и ступицы, покрытых защитным покрытием, имеет следующие отличия покрытие поверхности лопастей и ступицы толщиной 100-300 мкм содержит два сплошных слоя, первый которых выполнен из сплавов с высокой химической стойкостью и высокими механическими свойствами, второй слой выполнен из термопластичного полимера с низкой поверхностной энергией.
Кроме того, для обеспечения устойчивости покрытия в целом металлический и полимерный слои проникают один в другой.
Кроме того, полимерный слой обогащен усиливающими добавками, например волоконными добавками.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 показан элемент гребного винта с защитным металлополимерным покрытием
где
1 - поверхность гребного винта, состоящего из лопастей и ступицы
2 - металлический слой
3 - полимерный слой
4 - зона градиентности
на фиг. 2 представлен металлографический анализ образца с металлополимерным покрытием
Технический результат достигается тем, что гребной винт с металлополимерным покрытием содержит лопасти и ступицу с выполненным на них металлополимерным покрытием.
Защитное металлополимерное покрытие на лопастях и ступице гребного винта состоит из металлического слоя 2 и полимерного слоя 3, который на поверхности защитного покрытия образует сплошной слой.
Металлический слой 2 выполнен из сплавов с высокой химической стойкостью и высокими механическими свойствами - ХН75МБТЮ (Инконель), ХН65МВФ (Хастеллой), В3К (Стеллит) или другой сплав обладающий высокой химической стойкостью и высокими механическими свойствами. Нанесение сплава 2 на поверхность ступицы и лопастей гребного винта 1 может быть газотермическое напыление, наплавка, напайка, гальваническим.
На поверхности металлического слоя 2 производится текстурирование методом лазерного гравирования в виде сетки 100×100 мкм, ширина ламелей - 50 мкм, глубина - 50-100 мкм.
Полимерный слой 3 выполнен из газопроницаемого слоя полимерного порошка или суспензии (политетрофторэтилен, полиэфирэфиркетон или другого термопластичного полимера с низкой поверхностной энергией, оплавленного путем индукционного нагрева поверхности или другого способа нагрева металлического слоя 2.
При этом полимерный слой 3 для повышения характеристик может быть обогащен усиливающими добавками, например, волоконными добавками.
Для обеспечения устойчивости покрытия в целом металлический и полимерный слои проникают один в другой на величину зоны градиентности 4.
Толщина получаемого защитного металлополимерного покрытия на лопастях и ступице гребного винта 100-300 мкм, что для гребных винтов диаметром более 2 метров обычно находится в пределах допусков на изготовление. Толщина защитного металлополимерного покрытия на вновь изготавливаемом гребном винте может быть более 300 мкм при условии учета толщины покрытия при проектировании гребного винта.
Полученное на гребном винте защитное металлополимерное покрытие обладает высокой адгезией, высокими механическими характеристиками - стойкость к ударам, эрозии, гидроабразивному износу, высокая стойкость к коррозионному воздействию морской среды, стойкость к электрохимической коррозии, что предотвращает развитие шероховатости от электрокоррозии в ходе эксплуатации гребного винта.
Защитное металлополимерное покрытие может быть нанесено как на новый гребной винт, так и на гребные винты поврежденные в процессе эксплуатации.
В процессе работы гребного винта с защитным металлополимерным покрытием на судне основной металл гребного винта полностью изолирован от окружающей жидкости слоем полимера и электрохимические процессы не происходят. Кроме того, как полимерный слой, так и металлический слой защитного покрытия имеют высокие характеристики коррозионной стойкости, что позволяет говорить об исключении опасности коррозионного повреждения гребного винта с защитным металлополимерным покрытием.
Эффективность предложенного технического решения подтверждена проведенными комплексными экспериментальными исследованиями экспериментальных образцов изготовленных из материала, применяемого при изготовлении гребных винтов и моделей гребных винтов с нанесенным защитным металлополимерным покрытием.
Таким образом, предлагаемое изобретение за счет того что гребной винт с защитным металлополимерным покрытием состоящий из лопастей и ступицы, покрытых двухслойном защитным металлополимерным покрытием состоящее из металлического и полимерного слоев, обеспечивает, предотвращение ухудшения кавитационных характеристик гребных винтов с металлополимерным покрытием на 10-20%, улучшение гидродинамических характеристик гребных винтов, в том числе предотвращение падения КПД гребных винтов с металлополимерным покрытием до 2%, улучшение экономичности при эксплуатации судна с гребным винтом с металлополимерным покрытием за счет увеличения межремонтного срока ремонтов гребных винтов с металлополимерным покрытием в 2-3 раза по сравнению с незащищенными гребными винтами, что выгодно отличает его от прототипа.