CC BY
58
КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК [620.197.6:629.5.017]:621.793.7
М. М. Абачараев, И. М. Абачараев, М. К. Гасанов
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ1Х КАЧЕСТВ СУДОВ И ИХ МЕХАНИЗМОВ НАНЕСЕНИЕМ ЗАЩИТНЫ1Х ПЛАЗМЕННЫ1Х ПОКРЫГГИЙ
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.
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 Т>М-Л1. Металлографические исследования показали, что в структуре этих покрытий преобладают деформационно упрочняющиеся интерметаллиды №Ш, №2Т^ ТА1, обладающие высокой изностойкостью. Установлено, что при сухом трении скольжения опытных образцов с плазменным покрытием состава 30 % № + 10 % А1 + 60 % Т (% 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 Т>А1 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 Т>А1 оптимального состава.
Подробно исследованы на кавитационную стойкость образцы с покрытием системой Т>А1 (табл. 1), которые показали, что покрытия состава 65 % Т + 35 % А1 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 ТьЛ1.
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 ТЬЛ!
Состав покрытия, % мас. Толщина слоя, мм Потери массы за 2часа испытания*, г
80 Т + 20 А1 0,7-0,9 45,1
70 Т + 30 А1 0,7-1,0 39,64
65 Т + 35 А1 0,9-1,0 18,2
60 Т + 40 А1 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 противо-обрастающими свойствами. При выборе составов покрытий была изучена возможность решения этой задачи вводом в состав среды напыления бактерицидных элементов: бериллия (Ве), сурьмы ^Ь), кадмия (Cd), меди (Си).
С целью установления электрохимической природы исследованных систем покрытий было осуществлено коррозионное испытание опытных образцов в растворе 3 % №С1 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 х 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 №Т + 22 Си + 3 Са 0,9 18,50
70 №Т + 18 Си + 6 Ве + 6 Са 0,8 25,45
30 Си + 70 №Т 0,9 21,80
20 Си + 80 №Т 0,9 18,10
75 Сг-№ + 15 Си + 10 8Ъ 0,6 12,70
80 Сг-№ + 20 Си 0,7 15,10
Для установления противообрастающих свойств изученных плазменных покрытий в натуральных условиях проведены дополнительные стендовые испытания напыленных пластин размерами 200 х 350 мм и толщиной 2,0 мм из стали 08 кп при погружении их в Каспийское море в течение 45 суток.
Краткие научные сообщения
Заключение
Таким образом, испытания показали, что весьма стойкими против обрастания являются нитиноловые покрытия с добавками 18 % Си, 6 % Cd и 6 % Ве, 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.
Статья поступила в редакцию 23.12.2014
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Абачараев Муса Магомедович - Россия, 367003, Каспийск; Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук; д-р техн. наук, профессор; зав. отделом физико-технических проблем машиноведения; abacharaev@yandex.ru.
Абачараев Ибрагим Мусаевич - Россия, 367003, Каспийск; Институт физики Дагестанского научного центра Российской академии наук; д-р техн. наук, профессор; ведущий научный сотрудник отдела физико-технических проблем машиноведения; abacharaev@yandex.ru.
Гасанов Мурад Кадиевич - Россия, 367003, Каспийск; Каспийский филиал Дагестанского государственного технического университета; канд. экон. наук; директор; abacharaev@yandex.ru.
M. M. Abacharaev, I. M. Abacharaev, M. K. Gasanov
IMPROVEMENT OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF THE VESSELS AND THEIR MECHANISMS WHILE APPLYING PROTECTIVE PLASMA COATING
Abstract. The article presents the main results of the researches concerning application of abrasion persistent and cavitation-resistant plasma coatings of the own production on the parts of ship's auxiliary diesel engines. The reasons and practical developments for application of anti-fouling plasma coatings on the submerged parts of the ships are given. It is shown that the application of such coatings allows 2-3 times reducing the docking of the vessels for purification from the products of corrosion and fouling. This dramatically increases the economic efficiency of ship operation.
Key words: corrosion, cavitation erosion, protective coatings, details of machines and mechanisms, plasma coating, endurance, crankshaft, fouling.
REFERENCES
1. Voroshnin L. G., Abacharaev M. M., Khusid B. M. Kavitatsionnostoikie diffuzionnye pokrytiia na zhelezo-uglerodistykh splavakh [Cavitation-resistant diffusion coating made from ferrous-carbon alloys]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1986. 248 p.
2. Abacharaev M. M., Abacharaev I. M. Kompleksnyi podkhod k povysheniiu propul'sivnykh kachestv su-dov [Complex approach to improvement of the propulsive characteristics of the ships]. Morskoi vestnik, 2005, no. 1 (3), pp. 8-9.
3. Lebedev E. M. Biologicheskie povrezhdeniia materialov v vodnykh sredakh [Biological damages of the material in water environments]. Problemy biologicheskikh povrezhdenii i obrastaniia materialov izdelii, sooruz-henii. Moscow, Nauka Publ., 1977. P. 120-123.
4. Abacharaev M. M. Kavitatsiia i zashchita metallov ot kavitatsionnykh razrushenii [Cavitation and protection of metals from cavitation damage]. Makhachkala, Dagknigoizdat, 1990. 196 p.
The article submitted to the editors 23.12.2014
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Abacharaev Musa Magomedovich - Russia, 367003, Kaspiysk; 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.
Abacharaev Ibragim Musaevich - Russia, 367003, Kaspiysk; Institute of Physics of Dagestan Scientific Center Of the Russian Academy of Sciences; Doctor of Technical Sciences, Professor; Leading Research Worker of the Department "Physico-Technical Problems of Machine Science"; abacharaev@yandex.ru.
Gasanov Murad Kadievich - Russia, 367003, Kaspiysk; Caspian Branch of Dagestan State Technical University; Candidate of Economics; Director; abacharaev@yandex.ru.
