Материалы и технологии для восстановления изношенных при кавитации лопастей гребных винтов: история и современное состояние

Выполнен обзор материалов, используемых для изготовления гребных винтов и приведена классификация технологий ремонта винтов с очагами кавитационного износа. Дана характеристика применяемых в этих технологиях материалов. Указаны достоинства и недостатки наплавки как основной в настоящее время технологии ремонта. Рассмотрены сплавы, наиболее износостойкие в условиях кавитации: дисперсионно-твердеющие сплавы и сплавы, испытывающие фазовые превращения при ударном нагружении. Отмечается, что ввиду низкой технологичности указанные сплавы не получили распространение в судоремонте, в современной практике ремонта изношенных при кавитации винтов используют материалы, близкие по составу к материалу судового движителя, фокусируя внимание на регулярном восстановлении качества поверхности, а не повышении ее износостойкости. Совершенствование технологии наплавки направлено в настоящее время на развитие технологических методов повышения износостойкости, т. е. методов, не предполагающих применение для повышения кавитационной износостойкости присадочных материалов, отличных от материала, используемого для изготовления гребных винтов. Отмечается перспективность использования полимерных составов для ремонта очагов кавитационного износа на лопастях. Обращается внимание на то, что все ремонтные составы изготавливаются на основе термореактивных смол, из которых наибольшее распространение получили эпоксидные компаунды. Указаны особенности кавитационного воздействия на поверхность лопастей в эксплуатации. Подчеркивается, что используемые в настоящее время полимерные составы и технологии разрабатываются без учета этих особенностей. Акцентируется внимание на том, что долговечность полимерного состава в условиях кавитации гребного винта определяется во многом адгезией полимера к материалу винта. Сделан вывод о том, что решение проблемы низкой адгезии полимерных ремонтных составов к материалу ГВ позволит в будущем вытеснить технологию ремонта ГВ, основанную на наплавке.

1. Пустошный А. В. Влияние шероховатости поверхности гребного винта на его пропульсивные характеристики / А. В. Пустошный, А. В. Сверчков, С. П. Шевцов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2019. — № 4(390). — С. 11‒26. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-11-26. — EDN PTPCTP.

2. Gao, G. Cavitation erosion mechanism of 2Cr13 stainless steel / G. Gao, Zh. Zhang. // Wear. — 2022. — Vol. 488. — Pp. 204137. DOI: 10.1016/j.wear.2021.204137.

3. Hattori S. Cavitation erosion resistance of plastics / S. Hattori, T. Itoh // Wear. — 2011. — Vol. 271. — Pp. 1103–1108. DOI:10.1016/j.wear.2011.05.012.

4. Yamatogi T. Study on cavitation erosion of composite materials for marine propeller / T. Yamatogi, H. Murayama, K. Uzawa, K. Kageyama, N. Watanabe // 17th International Conference on Composite Materials Edinburgh, Scotland, 2009. — 10 p.

5. Koivuluoto H. High-pressure cold sprayed Ni and Ni-Cu coatings: improved structures and corrosion properties / H. Koivuluoto, A. Milanti, G. Bolelli, L. Lusvarghi, P. Vuoristo // Journal of Thermal Spray TRechnology. — 2014. — Vol. 23. — Is. 1–2. — Pp. 98–103. DOI: 10.1007/s11666-013-0016-7.

6. Jiang X. Microstructure, hardness and cavitation erosion resistance of different cold spray coatings on stainless steel 316 for hydropower applications / X. Jiang, N. Overman, C. Smith, K. Ross. // Materials Today Communications. — 2020. — Is. 25. — Pp. 1–27. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2020.101305.

7. Bray M. The laser-assisted cold spray process and deposit characterization / M. Bray, A. Cockburn, W. O’Neil // Surface and Coatings Technology. — 2009. — Vol. 203. — Pp. 2851–2857. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.02.135.

8. Цветков Ю. Н. Кавитационное изнашивание металлов и оборудования / Ю. Н. Цветков. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. — 155 с.

9. Li X. Y. Cavitation erosion and corrosion behavior of copper–manganese–aluminum alloy weldment / X. Y. Li, Y. G. Yan, L. Ma, Z. M. Xu, J. G. Li // Materials Science and Engineering A. — 2004. — Vol. 382. — Pp.82–89. DOI:10.1016/j.msea.2004.04.032.

10. Lu X. An equivalent method of jet impact loading from collapsing near-wall acoustic bubbles: A preliminary study / X. Lu, Ch. Chen, K. Dong, Z. Li, J. Chen // Ultrasonics Sonochemistry. — 2021. — Vol. 79. — Pp. 105760. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2021.105760.

11. Ahmad A. Refurbishing damaged surfaces of nickelaluminum bronze propellers: A robotic approach using gas metal arc welding and friction stir processing / A. Ahmad // Proceedings of 8th International Conference on Advanced Materials Engineering and Technology (ICAMET 2020) AIP Conf. Proc. — 2021. — Vol. 2347. — Is. 1. — Pp. 020156–1–020156–10. DOI: 10.1063/5.0053484.

12. Bakshi D. A. Detailed Study on Friction Stir Welding and Friction Stir Processing — A Review Paper / D. Bakshi, Ch. Prakash, S. Singh, R. Kumar, D. Ashri // International Journal of Industrial Engineering and Technology — 2014. — Vol. 4. — Is. 1. — Pp. 1–22.

13. Muñoz-Cubillos J. On the cavitation resistance of deep rolled surfaces of austenitic stainless steels / J. Muñoz-Cubillos, J. J. Coronado, S. A. Rodríguez // Wear. — 2019. — Vol. 428–429. — Pp. 24–31. DOI: 10.1016/j.wear.2019.03.001.

14. Mesaa D. H. Influence of cold-work on the cavitation erosion resistance and on the damage mechanisms in high-nitrogen austenitic stainless steels / D. H. Mesaa, C. M. Garzónc, A. P. Tschiptschin // Wear. — 2011. — Vol. 271. — Pp. 1372–1377. DOI: 10.1016/j.wear.2011.01.063.

15. da Cruza J. R. Effect of Cold Work on Cavitation Resistance of an Austenitic Stainless Steel Coating / J. R. da Cruza, S. L. Henkeb, A. S. Clímaco Monteiro d’Oliveir // Materials Research. — 2016. — Vol. 19. — Is. 5. — Pp. 1033–1041. DOI: 10.1590/1980–5373-MR2015-0442.

16. Чурсова Л. В. Эпоксидные смолы, отвердители. Модификаторы и связующие на их основе / Л. В. Чурсова, Н. Н. Панина, Т. А. Гребенева, И. Ю. Кутергина. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2020. — 576 с.

17. Bolewski Ł. Cavitation erosion degradation of belzona coating / Ł. Bolewski, M. Szkodo, M. Kmiećs // Аdvances in materials science. — 2017. — Vol. 17. — Is. 1 (51). — Pp. 22–33. DOI: 10.1515/adms2017-0002.

18. Цветков Ю. Н. Оценка диаметра струй воды, воздействующих на поверхность лопастей гребных винтов при кавитационном изнашивании / Ю. Н. Цветков, Я. О. Фиактистов, Е. О. Горбаченко // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2021. — № 1. — С. 54‒64. DOI: 10.24143/2073-1574-2021-1-54-64. — EDN FZQUIH.

19. Tsvetkov Y. N. Analysis of the Geometry of Dents on a Propeller Blade Surface during Cavitation Wear / Y. N. Tsvetkov, E. O. Gorbachenko, Ya. O. Fiaktistov // Journal of Friction and Wear. — 2021. — Vol. 42. — Is. 1. — Pp. 17–22. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-1-33-41.

20. Фиактистов Я. О. Кавитационная износостойкость полимерных составов с металлическим наполнителем / Я. О. Фиактистов, Ю. Н. Цветков // 65я международная научная конференция Астраханского государственного технического университета: материалы конференции, Астрахань, 26–30 апреля 2021 года. — Астрахань: Астраханский государственный технический университет, 2021. — С. 857–862. — EDN UFKKXH.

21. Фиактистов Я. О. Механизм разрушения эпоксидных композитов с металлическим порошковым наполнителем при кавитационном воздействии / Я. О. Фиактистов, Ю. Н. Цветков, Н. С. Зайцева // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 1. — C. 64–72. DOI: 10.21821/2309–5180–2023–15–1–64–72. — EDN XAFIJI.

22. Цветков Ю. Н. Влияние добавки бронзового порошка на адгезию эпоксидного компаунда к алюминиевой бронзе / Ю. Н. Цветков, Н. М. Вихров, Я. О. Фиактистов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 2. — С. 282–289. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-2-282-289. — EDN HOXLZE.