引言

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

1激光熔覆技術相關內容概述

激光熔覆技術是基于激光這一能量體發(fā)展而來的技術，其發(fā)展過程伴隨著激光器具的發(fā)展，經歷了固體YAG有色寶石激光器—CO2氣體激光器—半導體激光器幾個發(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合的表面熔覆層，從而達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激光熔覆技術在半浸槳裝置中的應用方法

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槳軸油封處的表面硬度，提高耐磨性，延長使用壽命。經調研，常用的軸系修復工藝有噴涂和激光熔覆（表1），但并沒有對2205材料進行修復使用的工程案例。

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，與基體形成冶金結合層，具有焊接部位熱影響區(qū)小、不變形等特點，從而能達到修復強化工件（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小裂紋缺陷，如圖4所示。

2#試樣檢測軸檢驗結果（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行試驗，如圖9、圖10所示。由試驗結果可知，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）在試驗轉軸兩端表面油封處分別進行噴涂和激光熔覆工藝處理，將處理好的試驗轉軸安裝在試驗裝置上。

將試驗裝置安裝在試驗臺架上，通過電機帶動轉軸旋轉，電機工作轉速：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%比例進行配置。

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

4試驗結論

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用于基材2205雙相不銹鋼的表面修復,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適用于槳軸局部區(qū)域的修復。

5結束語

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