引言

半浸式螺旋槳（簡稱半浸槳，又稱表面槳），是一種在高速運轉(zhuǎn)時一半槳葉浸入水中而能正常工作的螺旋槳。半浸槳推進(jìn)裝置是一種使用半浸式螺旋槳進(jìn)行工作的高速船用驅(qū)動裝置，在高航速和淺吃水航行的船舶中得到廣泛應(yīng)用。

1激光熔覆技術(shù)相關(guān)內(nèi)容概述

激光熔覆技術(shù)是基于激光這一能量體發(fā)展而來的技術(shù)，其發(fā)展過程伴隨著激光器具的發(fā)展，經(jīng)歷了固體YAG有色寶石激光器—CO2氣體激光器—半導(dǎo)體激光器幾個發(fā)展階段。其工作原理如下：將激光束作為主要熱源，集中加熱后可以將合金粉末或絲材與基體表面進(jìn)行同時熔化，等待其快速凝固后，會在原來位置形成與基體充分結(jié)合的表面熔覆層，從而達(dá)到改善基體的耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化性等性能的作用[1]。

2半浸槳裝置中槳軸磨損問題分析

半浸槳推進(jìn)裝置槳軸材料選用022Cr23Ni5Mo3N（2205）雙相不銹鋼，具有較高的抗腐蝕性，強(qiáng)度高，有足夠的塑韌性，是高速艇槳軸首選材料之一，但其表面硬度不高，洛氏硬度HRC22~30。

保養(yǎng)時拆解后發(fā)現(xiàn)槳軸支架端的油封處出現(xiàn)磨損，檢測后有0.1~0.23 mm不等的凹槽，如圖1所示。

3激光熔覆技術(shù)在半浸槳裝置中的應(yīng)用方法

針對以上槳軸表面油封處硬度偏低易磨損的問題，擬采用特殊的工藝增強(qiáng)槳軸油封處的表面硬度，提高耐磨性，延長使用壽命。經(jīng)調(diào)研，常用的軸系修復(fù)工藝有噴涂和激光熔覆（表1），但并沒有對2205材料進(jìn)行修復(fù)使用的工程案例。

噴涂是通過噴槍或蝶式霧化器，借助于壓力或離心力，將鍍層材料分散成均勻而微細(xì)的霧滴，施涂于被涂物表面的涂裝方法[2]。

激光熔覆是通過激光與配置的合金粉末同步作用于金屬表面（基材）的方法，熔覆層組織致密，無氣孔、裂紋等缺陷，與基體形成冶金結(jié)合層，具有焊接部位熱影響區(qū)小、不變形等特點，從而能達(dá)到修復(fù)強(qiáng)化工件（基材）表面、延長工件壽命的效果[3]。

為選出合適的材料和工藝，通過加工試樣檢測不同方案的熔覆能力、耐海水腐蝕性和耐磨性，最終確定改進(jìn)實施方案。

3.1熔覆層檢測

將表1中的三種粉末合金材料采用相應(yīng)的工藝在基材2205雙相不銹鋼表面處理后檢測它的表面硬度、熔覆層厚度和結(jié)合力。圖2中1#件采用高溫噴涂工藝，材料為碳化銘（Cr3C2）涂層；2#、3#件采用激光熔覆工藝，材料分別為鉆基司太立粉末合金（stellite6）和錦基碳化鴿粉末合金（Niwc）。

1#試樣檢測軸檢驗結(jié)果（碳化銘Cr3C2、噴涂工藝）：

表面硬度：643HVO.5、659HVO.5、685HVO.5、672HVO.5。

涂層厚度：平均O.238 mm。

表層梯度硬度如圖3所示，曲線變化比較大，檢測樣軸縱向截面，表面涂層及基體未見明顯缺陷。

試樣1檢測軸表面涂層，微觀可見有麻點及細(xì)小裂紋缺陷，如圖4所示。

2#試樣檢測軸檢驗結(jié)果（鉆基司太立粉末合金stellite6、激光熔覆工藝）：

表面硬度：596HVO.5、613HVO.5、614HVO.5、597HVO.5。

涂層厚度：平均O.523 mm。

表層梯度硬度如圖5所示，曲線變化較小，檢測樣軸縱向截面，表面涂層及基體未見明顯缺陷。

激光對母材熱影響區(qū)深度平均值：5.89μm，如圖6所示。

3#試樣檢測軸檢驗結(jié)果（錦基碳化鴿粉末合金Niwc、激光熔覆工藝）：

表面硬度：460HV0.5、464HV0.5、473HV0.5、474HV0.5。

涂層厚度：平均0.628 mm。

表層梯度硬度如圖7所示，硬度曲線變化平穩(wěn)，檢測樣軸縱向截面，表面涂層及基體未見明顯缺陷。

激光對母材熱影響區(qū)深度平均值：10.7μm，如圖8所示。

3.2熔覆層耐海水腐蝕性試驗

本次試驗共加工了三組試樣，將配置的不同粉末合金材料通過激光熔覆在基材2205雙相不銹鋼表面，將基材表面與銅合金捆綁后同時放入海水中進(jìn)行電化腐蝕試驗，檢測海水對基材耐腐蝕性。2021年5月15日開始在廣東油尾海域進(jìn)行試驗，如圖9、圖10所示。由試驗結(jié)果可知，各方案材料耐海水腐蝕性能良好，其中碳化銘、錦基碳化鴿粉末合金表現(xiàn)較好。

3.3熔覆層耐磨性試驗

通過耐磨性試驗考核不同材料的使用壽命。

采用兩種粉末合金材料（碳化銘、錦基碳化鴿粉末合金）在試驗轉(zhuǎn)軸兩端表面油封處分別進(jìn)行噴涂和激光熔覆工藝處理，將處理好的試驗轉(zhuǎn)軸安裝在試驗裝置上。

將試驗裝置安裝在試驗臺架上，通過電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，電機(jī)工作轉(zhuǎn)速：1 000~1 800 r/min。在試驗臺架中配置了人工海水，按天然海水的鹽度3.4%~3.5%比例進(jìn)行配置。

拆解連續(xù)運轉(zhuǎn)1 200 h后的轉(zhuǎn)軸，檢測轉(zhuǎn)軸油封處磨損深度在0.01~0.04 mm,即采用修復(fù)工藝后可大幅延長轉(zhuǎn)軸使用壽命。

4試驗結(jié)論

通過熔覆能力、耐海水性能、耐磨性等檢測試驗可知，將上述三種不同粉末合金材料應(yīng)用于基材2205雙相不銹鋼的表面修復(fù),錦基碳化鴿粉末合金（Niwc）材料綜合效果較好。通過XX艇1 000 h實船應(yīng)用和考察跟蹤，拆解后檢測槳軸油封處只有輕微磨損，深度低于0.03 mm，所以采用錦基碳化鴿粉末合金（Niwc）材料的激光熔覆技術(shù)適用于槳軸局部區(qū)域的修復(fù)。

5結(jié)束語

綜上所述，激光熔覆技術(shù)具有良好的應(yīng)用價值，通過整理該技術(shù)在半浸槳裝置磨損修復(fù)過程中的應(yīng)用要點，不僅可以加快該技術(shù)的應(yīng)用速度，而且能夠提高技術(shù)的應(yīng)用效果，提高處理后半浸槳裝置的綜合效益。