СГУВТ приступил к выполнению I этапа НИОКР по применению технологии воздушно-плазменного напыления для защиты судовых ДРК - Морские вести России

СГУВТ приступил к выполнению I этапа НИОКР по применению технологии воздушно-плазменного напыления для защиты судовых ДРК

29.03.2023

Лента новостей

Сибирский государственный университет водного транспорта  приступил к выполнению I этапа НИОКР по применению уникальной технологии сверхзвукового воздушно-плазменного напыления для защиты деталей судовых движительно-рулевых комплексов. Об этом сообщает пресс-служба Росморречфлота.

Научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа по теме «Разработка технологии воздушно-плазменного напыления покрытий для защиты деталей движительно-рулевого комплекса (ДРК) судов от гидроабразивного и кавитационного износов» - проектом, осуществляемый по заказу Росморречфлота в рамках выполнения Постановления Правительства РФ от 7.12.2020. Данную работу исследователи СГУВТ проводят совместно с учеными Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН.

Со стороны «водника» для исполнения НИОКР привлечена мощная группа ученых-исследователей под руководством кандидата технических наук, доцента Виктора Кузьмина.

Кавитационная эрозия, а также гидроабразивный и удароабразивный износ, например, гребных винтов, пока остается неразрешенной проблемой. Помимо того, что такие разрушения приводят к значительному сокращению сроку службы этих деталей движительно-рулевого комплекса судна, они также весьма ощутимо увеличивают расход топлива.

Еще в 80-х годах прошлого века в стенах НИИВТ (СГУВТ) для защиты лопастей гребных винтов была разработана технология плазменного напыления самофлюсующихся порошковых никелевых (Ni/B/Si) и никель-хромовых (Ni/Cr/B/Si) сплавов c последующим газопламенным оплавлением. Данные сплавы обладают стойкостью к коррозии в пресной и морской воде (хромовые сплавы) и к изнашиванию трением и абразивными частицами. Эта технология применяется до сих пор на многих производственных и ремонтных участках, несмотря на трудоемкость и продолжительность операции оплавления самофлюсующегося покрытия, которая в несколько раз превышает этап плазменного напыления.

Развитие технологий газотермического напыления привело к широкому распространению новых защитных покрытий на основе карбидов вольфрама WC и хрома Cr3C2 методом высокоскоростного газопламенного напыления. Эту методику развивали у нас в стране и значительно успешнее за рубежом. Настоящая НИОКР направлена на создание новой технологии, исключающей этап оплавления за счет применения современного отечественного оборудования сверхзвукового воздушно-плазменного напыления (совместная разработка ИТПМ СО РАН и СГУВТ), реализующего скорости напыляемых частиц более 700 м/с. В результате чего предполагается повышение физико-механических и эксплуатационных характеристик кавитационно- и абразивностойких покрытий, полученных из отечественных карбидных, никелевых и никель-хромовых материалов.

Технология не имеет аналогов в мире по совокупности ключевых параметров. Основное отличие от зарубежных методов заключается в использовании вместо инертных газов чистого воздуха. Кроме того, сверхзвуковой плазменный поток (HV-APS) отличается от традиционного (APS) высокой скоростью и низкой температурой, что позволяет получать качественные покрытия на основе металлических материалов. Пористость таких покрытий составляет менее 1%, а адгезионная прочность - выше 80 Мпа. В числе других преимуществ - минимальное окисление частиц обрабатываемой поверхности. Более того, такой сверхзвуковой поток может быть использован для «горячей» абразивноструйной обработки деталей. Высокая температура плазменных потоков (3000-12000 К) позволяет наносить покрытия из наиболее тугоплавких материалов, а толщина покрытий может варьироваться от десятков микрометров  до нескольких миллиметров.

Благодаря инновационному методу получаются покрытия самого разного назначения: износостойкие (истирание, эрозия, фреттинг, кавитация), коррозионная и химическая защита, тепловая защита, электроизоляция и электропроводность, антифрикционные, прирабатываемые уплотнения и т.д. Еще одной особенностью технологии является широкий выбор материалов напыления – это различные металлы и сплавы, оксиды, карбиды, металлокерамика и композиты и др.

Проект рассчитан на 2 года и состоит из 2 этапов. Задачами первого этапа НИОКР являются анализ характеристик серийных отечественных порошковых материалов и выбор оптимальных для сверхзвукового воздушно-плазменного напыления гидроабразивно - и кавитационностойких покрытий; отработку режимов сверхзвукового воздушно-плазменного напыления выбранных порошковых материалов; теплофизические исследования динамики нагрева и ускорения частиц напыляемых порошковых материалов в сверхзвуковых потоках воздушной термической плазмы; сверхзвуковое воздушно-плазменное напыление покрытий на образцы.

Исследования осуществляются с помощью электродугового плазмотрона постоянного тока ПНК-50, разработанного совместно ИТПМ СО РАН и СГУВТ. На первом этапе ученые должны будут подтвердить и расширить результаты предварительных исследований, в ходе которых была выбрана экспериментальная линейка материалов с учётом опыта авторов по защите деталей движительно-рулевого комплекса речных судов с помощью покрытий, нанесённых дозвуковыми потоками термической плазмы. Сами  покрытия наносились на плоские образцы из стали методом сверхзвукового атмосферного плазменного напыления порошковых материалов с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа. Толщина полученных покрытий – 300-360 мкм. Образцы из стали во время напыления охлаждались сжатым воздухом.

По результатам предварительных исследований для напыления покрытий выбранными порошковыми материалами на опытную партию образцов в качестве оптимального был определён режим воздушно-плазменного напыления: сила тока дугового разряда плазмотрона; дистанция напыления; толщина покрытия за один проход плазмотрона; скорость перемещения пятна напыления относительно напыляемой поверхности; расход напыляемого порошкового материала; расход плазмообразующего газа (воздух); расход защитного (завеса анода плазмотрона) газа (смесь воздуха и метана); расход транспортирующего газа (воздух);  расход фокусирующего газа (воздух).

Все эти данные будут использованы при выполнении НИОКР по заказу Росморречфлота. Полученную в результате технологию можно будет применять не только в судостроении и судоремонте речного, морского, рыбопромыслового, военно-морского флотов, но также в авиации, энергетике и космической промышленности.

Кроме того, результаты работы будут внедрены при цифровизации образовательного процесса и отражены в дисциплинах: сварка металлических конструкций для обучающихся по направлению подготовки 26.03.02. «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры»; технология сварочных работ для обучающихся по направлению подготовки 23.03.03. «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» в вузах, подведомственных владельцу технологии - Федеральному агентству морского и речного транспорта.

Не имеющие аналогов инновационные разработки ученых СГУВТ, в том числе, уже вышедшие на стадию промышленного применения, практический вклад университета в обретение импортанезависимости и достижение полноценного суверенитета отечественной инженерии и науки - стратегический курс, обозначенный главой государства.

 

ПАО СКФ
IV ежегодная конференция ежегодная конференция: «SMART PORT: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭКОЛОГИЧНОСТЬ»
Восточный Порт 50 лет
НПО Аконит
Подписка 2024
Вакансии в издательстве
Журнал Транспортное дело России
Морвести в ТГ