Защитное многослойное покрытие гребного вала и винта от коррозии Российский патент 2024 года по МПК B63B59/00 

Изобретение относится к области судовых движителей, а именно к защите гребных валов, винтов и других судовых узлов от электрохимической коррозии путем нанесения на его поверхность защитного минерального покрытия и может быть использовано для повышения надежности и увеличения рабочего ресурса судовых узлов.

Эксплуатация судов и изделий судового машиностроения определяет повышенные требования по обеспечению надежности, особенно к деталям и узлам судовых механизмов, работающих в условиях циклических нагрузок и воздействия коррозионной среды. К таким деталям относится гребной вал и винт, который работает в водной среде вблизи корпуса, материал которого отличается от материала винта, при этом образуются электрические пары (например, стальной корпус - бронзовый винт), и возникающие в воде и в металле токи приводят к постепенному разрушению гребного вала и винта.

Процесс протекает также под воздействием кавитации, которая вымывает поверхностные продукты коррозии, ослабляя сечение гребного вала и лопастей винта. Для предотвращения ухудшения гидродинамических и кавитационных характеристик винта, гребного вала, требуются их ремонт практически при каждом доковании судна, что создает значительные экономические издержки.

Существуют разные способы для предотвращения указанных вредных воздействий на винт и гребной вал.

Известен патент RU 2429158 «Система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна». В соответствии с этим решением, система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна содержит не менее одного анода, размещенного в забортном пространстве судна, регулятор защиты, включающий в себя измеритель электрических параметров гальванической пары «гребной винт - корпус судна» и источник защитного тока, связанный с анодом, отличающаяся тем, что этот анод расположен на гребном винте, а источник защитного тока - на гребном валу и выполнен в виде выпрямителя, положительный полюс которого подключен к аноду, а отрицательный - к гребному валу, при этом система оснащена управляемым по мощности источником переменного тока, а вход источника защитного тока подключен к выходу упомянутого источника переменного тока через индуктивно связанные между собой охватывающую гребной вал стационарную обмотку, расположенную на борту судна, и соосно установленную на этом гребном валу вторую обмотку с вариантами исполнения.

Недостатком данной системы является ее сложность, необходимость перенастройки в соответствии с параметрами внешней среды, параметрами лакокрасочного покрытия корпуса, возможность поломок элементов, закрепленных на корпусе снаружи, низкая ремонтопригодность при отказе системы в период плавания.

Известен патент RU 2755419 «Способ увеличения срока эксплуатации гребных винтов морских и речных плавательных средств методом многослойного легирования». По данному способу увеличение срока эксплуатации гребных винтов морских и речных плавательных средств достигается методом многослойного легирования их поверхности эпоксидной смолой, включающим обезжиривание поверхности легирования ацетоном, просушивание от влаги и конденсата промышленным феном и нанесение эпоксидной смолы.

Недостатками данного решения являются сложность обеспечения нужных геометрических размеров винта в пределах допусков, низкая стойкость к абразивному износу при наличии взвешенных частиц в морской или речной воде.

Известен патент RU 2700519 «Гребной винт с защитным полимерным покрытием». В соответствии с данным решением гребной винт с защитным металлополимерным покрытием состоит из лопастей и ступицы, покрытых защитным покрытием, отличающийся тем, что покрытие поверхности лопастей и ступицы толщиной 100-300 мкм содержит два сплошных слоя, первый из которых выполнен из металлического сплава с высокой химической стойкостью и высокими механическими свойствами, второй слой выполнен из термопластичного полимера с низкой поверхностной энергией, а для обеспечения устойчивости покрытия в целом металлический и полимерный слои проникают один в другой. Причем полимерный слой может быть обогащен усиливающими добавками, например, волоконными добавками.

Недостатком этого способа является необходимость нанесения на винт двух слоев разнородных материалов с применением разного оборудования, что увеличивает трудоемкость изготовления.

Известен патент RU 180614 «Гребной винт с многослойным покрытием». По данному решению гребной винт с многослойным покрытием, содержит лопасти и ступицу с выполненным на них покрытием, отличающийся тем, что 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.

При этом обеспечивается незначительное повышение прочностных характеристик покрытия по сравнению с основным металлом, в частности, повышение стойкости к гидроабразивному и кавитационному износу.

Недостатками данного способа является низкая устойчивость материалов покрытия к электрохимической коррозии, что приводит к снижению гидродинамических и кавитационных характеристик гребного винта при эксплуатации его в морской воде.

Суммарная толщина защитного покрытия составляет 1700-2200 мкм, что вызывает необходимость закладывать запас на толщину покрытия при проектировании гребного винта и затрудняет ремонт с последующим восстановлением защитного покрытия.

Общим недостатком всех рассмотренные прототипов является то, что защитный материал не оценивается с точки зрения величины электрического сопротивления, которое прямо влияет на способность препятствовать электрохимической коррозии.

За прототип выбран патент RU 180614 «Гребной винт с многослойным покрытием».

По данному решению лопасти и ступицу гребного винта оснащают многослойным покрытием, выполненным 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, с общей толщиной 1700-2200 мкм.

Основным недостатком данного способа является то, что применяемые для покрытия металлы обладают удельным электрическим сопротивлением менее 10^-3 Омм, то есть не являются даже изоляторами, что не способствует защите от электрохимической коррозии.

Целью изобретения является создание защитного покрытия для стальных деталей от электрохимической коррозии.

Технический результат - полная защита от электрохимической коррозии гребного винта и гребного вала в месте посадки гребного винта и местах контактирования поверхности вала с внешней средой.

Технический результат достигается тем, что Защитное многослойное покрытие гребного вала и винта от коррозии в месте посадки гребного винта и местах контактирования с внешней средой, отличающийся тем, что многослойное покрытие выполнено с помощью природных минеральных материалов с энергоплотностью не менее 70 кДж/см³, в мелкодисперсном состоянии с крупностью частиц до 40 мкм, обладающих удельным электрическим сопротивлением не ниже 10¹⁰ Омм, которые выполнены с возможностью нанесения на поверхности винта и вала механическим вдавливанием с усилием 4-5 Н/мм² до толщины покрытия 50-70 мкм.

Примеры конкретной реализации.

Пример 1. Испытания образцов проводили в соляной ванне имитирующую морскую воду (30 г N_aCl на 1 л воды) при температуре +40°С.

Образцы в виде стержней диаметром 10 мм выполнены из стали 12Х с покрытием 60 мкм из чупинского кварца с энергоплотностью 82 кДж/см³ и удельным электрическим сопротивлением 6×10¹¹ Омм. Испытания проводились непрерывно в течении 2100 часов. После испытаний коррозии на образцах с покрытием не обнаружено. Контрольный образец без покрытия при тех же условиях испытания потерял 3 мм на коррозию.

Пример 2. Испытания образцов электродов с покрытием и без них проводили, как и в примере 1. В качестве образца стали была взята сталь марки Сталь 45.

Для покрытия использовался чупинский кварц, как и в примере 1. После испытаний коррозии на образцах с покрытием не обнаружено. Контрольный образец без покрытия при тех же условиях испытания потерял 5 мм на коррозию.

Пример 3. Испытания образцов электродов с покрытием и без них проводили, как и в примере 1. В качестве образца стали была взята сталь марки Сталь 20.

Для покрытия использовался чупинский кварц, как и в примере 1. После испытаний коррозии на образцах с покрытием не обнаружено. Контрольный образец без покрытия при тех же условиях испытания потерял 6 мм на коррозию.

Данные примеры показывают, что выбор материала для покрытий чупинского кварца с удельным электрическим сопротивлением 6×10¹¹ Омм позволяет в целом защитить детали и узлы на длительный срок.

Изобретение относится к области судовых движителей, а именно к защите гребных валов и винтов от электрохимической коррозии. Защитное многослойное покрытие гребного вала и винта от коррозии в месте посадки гребного винта и местах контактирования с внешней средой. Многослойное покрытие выполнено с помощью природных минеральных материалов в мелкодисперсном состоянии, обладающих удельным электрическим сопротивлением, которые выполнены с возможностью нанесения на поверхности винта и вала механическим вдавливанием до толщины покрытия 50-70 мкм. Достигается полная защита от электрохимической коррозии гребного винта и гребного вала в месте посадки гребного винта и местах контактирования поверхности вала с внешней средой.

Защитное многослойное покрытие гребного вала и винта от коррозии в месте посадки гребного винта и местах контактирования с внешней средой, отличающееся тем, что многослойное покрытие выполнено с помощью природных минеральных материалов с энергоплотностью не менее 70 кДж/см³, в мелкодисперсном состоянии с крупностью частиц до 40 мкм, обладающих удельным электрическим сопротивлением не ниже 10¹⁰ Ом⋅м, которые выполнены с возможностью нанесения на поверхности винта и вала механическим вдавливанием с усилием 4-5 Н/мм² до толщины покрытия 50-70 мкм.