CC BY
93
СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА
УДК [620.193.8:629.5]:621.793.74
М. М. Абачараев, И. М. Абачараев ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО БОРЬБЕ С МОРСКИМ ОБРАСТАНИЕМ
M. M. Abacharaev, I. M. Abacharaev PERSPECIVE DEVELELOPMENTS ON MARINE FOULING CONTROL
Излагаются результаты исследования по определению эффективности применения в судостроении технологий нанесения плазменных покрытий, обладающих противообрастающими свойствами при введении в их состав бактерицидных элементов. На основе лабораторных испытаний на выщелачивание покрытий нитинола (55 % Ni + 45 % Ti) с добавками меди -(20^30) %, сурьмы - (5^10) % и кадмия - (1^3) % выбран наиболее эффективный состав покрытия, содержащего 80 % нитинола, 19,2 % меди и 0,8 % бериллия. Стендовыми испытаниями в Каспийском и Черном море установлено, что эти покрытия являются весьма стойкими против обрастания и их можно предложить в качестве эффективных средств защиты от обрастания корпусов судов и погруженных металлоконструкций.
Ключевые слова: морские обрастания, напыление, плазменное покрытие, противообра-стающие свойства, бактерицидные элементы.
Investigation results on the efficiency estimation of the application in the shipbuilding the technologies of plasma coatings possessing anti-fouling properties at the introduction of bactericidal elements into their structure are shown in the paper. The most effective structure of the coating containing 80 % of nitinol coatings, 19.2 % of copper and 0.8 % of beryllium is selected on the basis of laboratory tests on leaching of nitinol (55 % Ni + 45 % Ti) with copper additives (20^30) %, antimony (5^10) % and cadmium (1^3) %. By means of testbed trials in the Caspian and Black Sea it is established that these coatings are rather resistant against fouling, and they can be offered as effective means for ship hulls protection and immersed metallic structures from marine fouling.
Key words: marine fouling, spraying, plasma coating, anti-fouling properties, bactericidal elements.
Обрастание корпусов судов обычного класса, крыльев и крыльевого аппарата у судов на подводных крыльях наносит 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 [1]. Это очень нерентабельно и невозможно в случае возникновения условий военного времени.
Трудно подсчитать материальный ущерб, наносимый потребителю обрастанием погруженных частей кораблей, судов, навигационных средств, подводных металлоконструкций и гидросооружений. Это и прямые потери на ремонтно-очистные работы, и косвенные, связанные с ухудшением ходовых качеств плавсредств, увеличением расхода топлива, снижением мореходности и др. По некоторым данным [2], убытки мирового флота от обрастания различных плавсредств составляют более 1 900 млн долл. в год.
Учитывая актуальность решения задачи борьбы с обрастанием для морского судоходства, мы провели исследования по созданию плазменных покрытий с противообрастающими свойствами. Были рассмотрены два варианта:
- введение в состав напыляемых покрытий бактерицидных элементов;
- создание на подслое определенного состава дополнительного покрытия с бактерицидными свойствами.
При разработке составов противообрастающих покрытий за аналог приняты противообра-стающие краски, содержащие бактерицидные добавки - до 17 % меди или ее закиси [3].
ISSN 2073-1574. Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. 2011. № 3
Бактерицидная способность медьсодержащих композиций увеличивается при введении в их состав других бактерицидных элементов: бериллия (Ве), сурьмы (8Ь), кадмия (С<1) [4].
Нами изучена бактерицидная способность плазменных покрытий, содержащих разное количество меди, сурьмы, бериллия, кадмия (табл. 1).
Для ускоренных лабораторных испытаний с целью получения газотермических покрытий с противообрастающими свойствами был принят глициновый метод, основанный на определении скорости выщелачивания меди при погружении экспериментальных пластин размерами 50 х 100 мм, напыленных со всех сторон, в глициновый раствор.
Пластины выдерживали в емкости (250 мл) с глициновым раствором в течение 72 часов (что соответствует году натурных испытаний [4]), затем раствор подвергали калориметрическому анализу (с использованием фотокалориметра ФЭК-М) для определения количества выщелоченной меди. Зная площадь экспериментальных пластин, количество меди, перешедшей в раствор, время опыта, определили скорость выщелачивания и данные свели в табл. 1.
Таблица 1
Противообрастающая способность исследованных покрытий
Состав покрытия, % масс. Т олщина слоя, мм Скорость выщелачивания, мг/(см2/сут)
80 N111 + 20 Си 0,8 18,15
75 N111 + 25 Си 0,8 21,03
70 N111 + 30 Си 0,8 22,80
75 N111 + 20 Си + 5 8Ь 0,8 16,41
70 N111 + 20 Си + 10 8Ь 0,8 12,37
75 N111 + 24 Си + 1 Са 0,8 25,25
70 N111 + 22 Си + 3 Са 0,8 18,32
* 55 % № + 45 % Ті.
По результатам этих лабораторных исследований судить об интенсивности растворения других бактерицидных элементов (сурьмы, кадмия, бериллия) невозможно, т. к. методики их определения в глициновом растворе отсутствуют [5].
В связи с этим для характеристики противообрастающих свойств изученных составов газотермических покрытий, содержащих несколько бактерицидных элементов, были проведены дополнительные стендовые испытания напыленных пластин размерами 250 х 350 мм из стали толщиной 3 мм при погружении их в Каспийское и Черное море. Испытания проводились в морских лабораториях ОАО «Судостроительно-судоремонтный завод «Волга» (филиал в г. Каспийске) и Севастопольского филиала НПО «Ритм». Результаты исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты стендовых испытаний стальных пластин с опытными покрытиями
Состав покрытия, % масс. Т олщина слоя, мм Площадь обрастания, % Балл обрастания
100 % N111* 1,0 100 1
70 N111 + 30 Си 0,8 60 2
60 N1 + 20 Т + 20 А1 0,8 90 1
80 N111 + 19,2 Си + 0,8 Ве 0,8 5 5
80 N111 + 18,8 Си + 0,6 Са + 0,6 Ве 0,8 2-3 5
* 55 % N1 + 45 % И
Как правило, покрытия, содержащие наряду с медью добавки бериллия и кадмия, являются весьма стойкими против обрастания (на образцах были единичные обрастатели), и их можно предложить в качестве эффективного средства для защиты корпусов плавсредств от обрастания.
Дальнейшие исследования, на наш взгляд, необходимо направить на создание автоматизированной системы нанесения этих покрытий с дистанционным компьютерным управлением с целью биологической защиты обслуживающего персонала.
Судостроение, судоремонт и эксплуатация флота
С этой целью нами была разработана автоматизированная система очистки судов, в которой используется игольчатый барабан собственной конструкции. Система обеспечивает экологическую безопасность очистных работ [6].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иконников В. В., Маскалик А. И. Особенности проектирования и конструирования судов на подводных крыльях. - Л.: Судостроение, 1987. - 320 с.
2. Лебедев Е. М. Биологическое повреждение материалов в водных средах // Проблемы биологических повреждений и обрастания материалов, изделий и сооружений. - М.: Наука, 1977. - С. 120-123.
3. Яковлев А. Д., Здор В. Ф., Каплан В. И. Порошковые полимерные материалы и покрытия на их основе. - Л.: Химия, 1971. - 235 с.
4. Гуревич Е. С., Искра Е. В., Куцевалова Е. П. Защита морских судов от обрастания. - Л.: Судостроение, 1978. - 200 с.
5. Абачараев И. М., Абачараев М. М. Опыт применения газотермических покрытий для защиты металлоконструкций от обрастания // Судостроение. - 2004. - № 3. - С. 43-44.
6. Абачараев М. М., Абачараев И. М. Комплексный подход к решению проблемы повышения пропуль-сивных качеств судов // Тр. НТО судостроителей им. акад. А. Н. Крылова «Морской вестник». -2005. - Вып. № 1 (3). - С. 8-9.
Статья поступила в редакцию 7.11.2011
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Абачараев Муса Магомедович - Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук; д-р техн. наук, профессор; зав. отделом физико-технических проблем машиноведения: abacharaev@yandex.ru.
Abacharaev Musa Magomedovich - Institute of Physics of Dagestan Scientific Center Of the Russian Academy of Sciences; Doctor of Technical Science, Professor; Head of the Department "Physico-Technical Problems of Machine Science"; abacharaev@yandex.ru.
Абачараев Ибрагим Мусаевич - Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук; д-р техн. наук, профессор; ведущий научный сотрудник отдела физико-технических проблем машиноведения; abacharaev@yandex.ru.
Abacharaev Ibragim Musaevich - Institute of Physics of Dagestan Scientific Center Of the Russian Academy of Sciences; Doctor of Technical Science, Professor; Leading Research Worker of the Department "Physico-Technical Problems of Machine Science"; abacharaev@yandex.ru.
