Гребной винт с многослойным покрытием

Полезная модель относится к нанесению износостойких слоев на гребной винт, в частности к нанесению покрытий высокоскоростным газопламенным напылением на гребной винт и может быть использована во всех областях машиностроения, судостроения, связанных с механической обработкой металлов.
Известен гребной винт, содержащий ступицу, выполненную в виде стакана, на внешней поверхности которого закреплены лопасти, в стенках ступицы по периметру, как со стороны всасывающих, так и нагнетающих поверхностей лопастей, имеются равномерно размещенные ряды сквозных изолированных друг от друга отверстий, полый вал пропущен с возможностью вращения в неподвижной втулке, со стороны которой, обращенной к донной части ступицы, выполнен кольцевой паз, дно которого сообщено отверстием с противоположной стороной неподвижной втулки, вторая втулка внешней поверхностью совпадает с ближайшей к оси вращения вала привода поверхностью кольцевого паза и составляет цилиндрический кольцевой зазор с обращенной к ней боковой поверхностью полости. Участок цилиндрического кольцеобразного зазора, удаленный от неподвижной втулки, сообщен с полостью зазора между торцом второй втулки и донной частью ступицы. Полость вала привода сообщена с первым источником сжатого газа, а его торец перекрыт первым обратным клапаном, а отверстие в неподвижной втулке сообщено со вторым источником сжатого газа и перекрыто вторым обратным клапаном (патент №2539870).
Недостатком гребных винтов является быстрый выход из строя гребных винтов из-за низких прочностных характеристик в результате действия агрессивных сред, инородных предметов в условиях эксплуатации морской воды.
Известен гребной винт, выполненный со ступицей, и содержащий лопасти с упругими оболочками, гребной вал, оснащенный коллектором со щетками (патент №2009957, опубл. 30.03.1994 г.).
Недостатком данного гребного винта являются его низкие прочностные характеристики, обусловленные низкой стойкостью к гидроабразивному и кавитационному износу.
Известен гребной винт, описанный в заявке на изобретение №2001123615, опубл. 27.03.2003 г., содержащий лопасти и ступицу с защитным покрытием - карбооскидом кремния, выполненным с помощью плазменного (плазмотронного) нанесения на окончательно отполированную поверхность радиальными кругами, со скоростью обеспечивающую сплошность и заданную толщину.
Недостатком данного гребного винта с защитным покрытием являются его низкие эксплуатационные свойства, обусловленные низкими прочностными характеристиками покрытия, в частности низкая стойкость к гидроабразивному и кавитационному износу.
Задачей полезной модели является усовершенствование гребного винта с покрытием, позволяющим повысить его эксплуатационные свойства в условиях эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочностных характеристик покрытия, в частности повышения стойкости к гидроабразивному и кавитационному износу.
Технический результат достигается тем, что гребной винт с многослойным покрытием содержит 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 при следующем соотношении, масс.%:
титан
47,3-50,0
никель
48,7-51,2
кобальт
1,3-1,5
и второго слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Ta при следующем соотношении, масс. %:
титан
35-38
никель
50-51
тантал
12-14.
При этом толщина первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти составляет 800-1000 мкм и второго слоя - 900-1200 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1700-2200 мкм.
Принятая последовательность слоев обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита, за счет повышения стойкости к гидроабразивному и кавитационному износу. Наличие первого нижнего слоя, обладающего эффектом памяти формы, находящимся в мартенситном состоянии помимо характерных свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности, тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в верхнем слое, как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Второй слой с эффектом памяти формы, Ti-Ni-Ta находится в аустенитном состоянии, обладает повышенной прочностью и износостойкостью, что способствует увеличению стойкости к гидроабразивному и кавитационному износам. При этом между первым и вторым слоем адгезия имеет высокое значение, в виду сродимости составов, выполненных на основе никелида титана легированного различными компонентами, такими как кобальт и тантал. Представленная структура слоев позволяет получить высокую прочность сцепления покрытия с основой, за счет осуществления процесса нанесения покрытия с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере - аргоне, что также увеличивает прочность связи первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы и второго слоя между собой.
Пример выполнения.
На лопасти и ступицу гребного насоса, выполненных из твердого сплава наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере первый нижний слой, обладающий эффектом памяти формы Ti-Ni-Co толщиной 800 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %: титан 47,3, никель 51,2, кобальт 1,5, далее на первый нижний слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере второй слой с эффектом памяти формы, состоящий из Ti-Ni-Ta, толщиной 900 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: титан 38, никель 50, тантал 12. В результате получаем многослойное покрытие - композит с повышенными прочностными характеристиками, в частности адгезией, износостойкостью, прочностью общей толщиной 1700 мкм.
Результатом полезной модели стало увеличение среднего периода эксплуатационной стойкости гребного винта с предлагаемой моделью получения слоев на 30-40% по сравнению со средним периодом стойкости гребного винта, изготовленного по прототипу.