一种船舶用螺旋桨的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种船舶机具的制造方法。更具体地说，本发明涉及一种船舶用螺旋桨的制造方法。
【背景技术】
[0002]螺旋桨是船舶的主要推进部件，它的适用性，安全可靠性，及耐久性与材料密切相关，使用螺旋桨作为船舶推进器已经有160多年的历史，在这其间，螺旋桨材料经历了铸铁、不同铸钢、普通黄铜、高强度黄铜，镍铝青铜等不同发展阶段，它标志着螺旋桨材料的种类由单一性向多元性的方向转变，材料的性能从低级发展到高级，特别是镍铝青铜，一直是船舶螺旋桨的主要材料，但随着船舶的大型化和高速化发展，螺旋桨承受的载荷更加繁重，此外，由于水域环境的污染，使螺旋桨承受的腐蚀力度加剧，这些因素导致现有材料如镍铝青铜等潜在的缺点:抗拉强度低(最高也不超过SOOMPa)，存在脱成分(脱锌、脱铝)腐蚀，产生应力腐蚀，在高流速下(2m/s)耐冲刷腐蚀性能差，耐污染海水腐蚀性能低等缺点暴露出来。
[0003]在用不锈钢形成船舶用螺旋桨的情况下，需要防止因海水导致铝合金的腐蚀。因此，一般来说，广泛应用在螺旋桨本体的表面上实施了用于防腐蚀的涂层的螺旋桨，但常常存在因为涂覆的覆膜不具备足够的硬度，而使螺旋桨涂层过早地剥离，从而螺旋桨本体腐蚀。
[0004]伴随着螺旋桨制作的越来越大，采用一次铸造成型的工艺既困难，可控性又低，而采用分别铸造再焊接组合的工艺也存在铸件冷却速度过快，螺旋桨的强度和塑性明显下降的趋势。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006]本发明还有一个目的是提供一种电解研磨方法，通过严格控制溶液的配比、电流密度和电流通电时长，使铸件得到光滑平亮的表面。
[0007]本发明还有一个目的是提供一种无电解钝化方法，通过三次不同配比的钝化液浸泡，使钝化过程更加精细可控，通过上述电解研磨处理，能够在不锈钢表面形成富含铬的钝化皮膜，并且能够通过在无电解处理中使用的钪酸钠的乙二醇溶液在不锈钢表面形成含有金属钪化合物的钝化皮膜。由此，能够不通过阴极电解处理而在不锈钢表面形成含有稀有金属的钝化皮膜，得到高的点蚀电位，并且能够以廉价的原料实现再生能力高的不锈钢。
[0008]本发明还有一个目的是通过两次热喷涂处理，使喷涂颗粒结合力更高，陶瓷覆膜更致密并具有高绝缘、高耐腐蚀性能。
[0009]本发明还有一个目的是通过对铸件边缘进行热喷涂，使最容易磨损的铸件边缘即使在沙地浅滩中运转，也能保持超强的耐久性，同时节约工艺时间，提高制作效率。
[0010]本发明还有一个目的是通过缓慢降温的方法，使刚焊接成型的螺旋桨能够尽可能少地产生白底并且消除再冷却过程中热应力和组织应力造成的裂纹，提高螺旋桨的机械强度和可塑性。
[0011]本发明还有一个目的是提供一种硬度大、质量轻、耐腐蚀的螺旋桨原材料。
[0012]为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种船舶用螺旋桨的制造方法，包括:
[0013]SI，通过不锈钢合金的铸造，分别成型叶片部铸件和轴毂部铸件；
[0014]S2，对所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面进行清洗，去除所述叶片部铸件和轴毂部铸件表面油脂和杂质，用SiC砂纸打磨30-40min，使用无水乙醇对所述叶片部铸件和轴毂部铸件表面进行10-15min超声波清洗，干燥后待用；
[0015]S3，将清洗后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件电解研磨，完成后使用含有摩尔比为3-5: I的高猛酸和硫酸络的第一钝化液进行20min第一次钝化，干燥后使用含有摩尔比为2-5: 7-10: 3: 4-10: 1_6的EDTA、精氨酸、五甲叉磷酸、氨水及色氨酸摩尔的第二钝化液进行30min第二次钝化，干燥后使用含有摩尔比为0.5-2:1-3:2: 8_20的钪酸钠、葡萄糖酸、精氨酸及乙二醇的第三钝化液进行20min第三次钝化，干燥后对所述叶片部铸件和轴毂部铸件完成精密清洗并干燥着色；
[0016]S4，对所述叶片部铸件和轴毂部铸件进行两次热喷涂处理:将半融化状态的第一陶瓷颗粒以1500m/sec的速度喷射于着色后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面，随后将半融化状态的第二陶瓷颗粒以同样的速度喷射于所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面，其中所述第一陶瓷颗粒的平均粒径为15-20 μπι，所述第二陶瓷颗粒的平均粒径为5-10 μm ；
[0017]S5，将热喷涂处理后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件焊接成型为螺旋桨，并冷却至常温。
[0018]优选地，所述不锈钢合金中含有2-6wt%的N1、6-15wt%的Cr、0.1wt %的N、4-6￥七％的胞、0.5-1.8界七％的舭及0.01-0.2wt%的P，余量为Fe，其中Ni+Mn不大于9wt%。
[0019]优选地，所述第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒中均含有10_13被％的￥、1_4被％的N，2-5wt % 的 Ta、20-30wt % 的 Al，5_8wt % 的 Ti，余量为 Si。
[0020]优选地，所述步骤S2中超声波的频率为25_30kHz。
[0021]优选地，所述步骤S2中电解研磨的具体步骤为:将所述叶片部铸件和轴毂部铸件放置在摩尔比为2-4: I的硝酸和高锰酸的混合溶液中，在常温下以l_5A/dm2的电流进行20min电解研磨处理，其中每通电30s_60s后暂停通电20s。
[0022]优选地，所述步骤S4中第二次热喷涂处理是对所述叶片部铸件和轴毂部铸件的边缘进行喷涂。
[0023]优选地，所述第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒覆盖在所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面形成陶瓷薄膜，所述陶瓷薄膜的最薄处厚度为15-30 μm，最厚处厚度为85-100 μπι。
[0024]优选地，所述步骤S5中冷却的步骤为:将所述螺旋桨装入缓冷坑中，以6°C /min的速度降至常温。
[0025]根据本发明提供的一种船舶用螺旋桨的制造方法，通过三次钝化处理及两次热喷涂处理，能够制造出覆盖有极高硬度且较厚耐腐蚀覆膜的螺旋桨，且螺旋桨的桨叶薄且轻量化，配套船舶推进系统后，螺旋桨工作平稳，推进效率高，节能效果好，具有极高的推广价值。
[0026]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0028]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0029]实施例1
[0030]一种船舶用螺旋桨的制造方法，包括:
[0031]SI，通过不锈钢合金的铸造，分别成型叶片部铸件和轴毂部铸件；
[0032]S2，对所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面进行清洗，去除所述叶片部铸件和轴毂部铸件表面油脂和杂质，用SiC砂纸打磨30min，使用无水乙醇对所述叶片部铸件和轴毂部铸件表面进行1min超声波清洗，干燥后待用；
[0033]S3，将清洗后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件电解研磨，完成后使用含有摩尔比为3: I的高猛酸和硫酸络的第一钝化液进行20min第一次钝化，干燥后使用含有摩尔比为2: 7: 3: 4:1的EDTA、精氨酸、五甲叉磷酸、氨水及色氨酸摩尔的第二钝化液进行30min第二次钝化，干燥后使用含有摩尔比为0.5: I: 2: 8的钪酸钠、葡萄糖酸、精氨酸及乙二醇的第三钝化液进行20min第三次钝化，干燥后对所述叶片部铸件和轴毂部铸件完成精密清洗并干燥着色；
[0034]通过三次不同配比的钝化液浸泡，使钝化过程更加精细可控，通过上述电解研磨处理，能够在不锈钢表面形成富含铬的钝化皮膜，并且能够通过在无电解处理中使用的钪酸钠的乙二醇溶液在不锈钢表面形成含有金属钪化合物的钝化皮膜。由此，能够不通过阴极电解处理而在不锈钢表面形成含有稀有金属的钝化皮膜，得到高的点蚀电位，并且能够以廉价的原料实现再生能力高的不锈钢。
[0035]S4，对所述叶片部铸件和轴毂部铸件进行两次热喷涂处理:将半融化状态的第一陶瓷颗粒以1500m/SeC的速度喷射于着色后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面，随后将半融化状态的第二陶瓷颗粒以同样的速度喷射于所述叶片部铸件和轴毂部铸件的表面，其中所述第一陶瓷颗粒的平均粒径为15 μm，所述第二陶瓷颗粒的平均粒径为5-μπι;
[0036]S5，将热喷涂处理后的所述叶片部铸件和轴毂部铸件焊接成型为螺旋桨，并冷却至常温。
[0037]所述不锈钢合金中含有2wt%的N1、6wt%的Cr、0.lwt%的N、4wt%的Μη、0.5wt%的Mo及0.01wt%的P，余量为Fe，其中Ni+Mn不大于9wt%。
[0038]本发明人发现在钢中加入氮，可以非常强烈的形成并稳定奥氏体组织且扩大奥氏体相区；显著提高奥氏体不锈钢的强度而其断裂韧性并不降低；提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀，氮作为合金元素加入双相不锈钢中，可平衡双相钢中双相的比例，在不影响钢的塑性和韧性的情况下提高钢的强度，并可部分代替不锈钢中的镍。含氮量及温度对晶粒有影响，随含氮量的增加，晶粒尺寸强化作用显得更加有效。加氮后钢的抗拉强度和屈服强度升高，这是由于氮的间隙强化、固溶强化造成的。由于氮的这种有益作用，国内外的学者对氮对奥氏体不锈钢、双相不锈钢及马氏体不锈钢力学性能的影响进行了大量的研究。氮的强化效应比碳强，加入0.1%的氮可使Cr-Ni不锈钢的室温强度提高约60-100MPa。
[0039]Mn是不锈钢中普遍存在的一种元素，锰与镍一样是奥氏体形成元素，Mn可以扩大γ相区，使γ-α转变线向低温方向移动，而在低镍不锈钢中加入锰是可以增加氮的溶解度，经过发明人的不断研究试验发现，当Ni+Mn在9wt %以下时，不锈钢中氮的溶解度最高，同时奥氏体相区的面积较大，当Ni+Mn在9wt%以上时，不锈钢中氮的溶解度不再明显上升，综合可虑成本和效果，Ni+Mn不大于9wt%。
[0040]Mo具有改善不锈钢材料耐腐蚀性和高温强度，可在苛刻的条件下使用，加工硬化性能好的优点。为了提高低镍铬不锈钢螺旋桨的耐腐蚀性，经项目组成员的不断研究试验发现，添加微量的Mo元素可以有效提高耐海水腐蚀性能，当Mo添加量为0.5%?2%时为最佳，而添加量超出2%则相反，强度下降、脆化严重，经过发明人的不断实验发现，Mo的添加量以0.5-1.8wt%为宜。
[0041]所述第一陶瓷颗粒和第二陶瓷颗粒中均含有12*七％的Ta、20wt % 的 Al，5wt % 的 Ti，余量为 Si。
[0042]所述步骤S2中超声波的频率为25kHz。
[0043]所述步骤S2中电解研磨的具体步骤为:将所述叶片部铸件和轴毂部铸件放置在摩尔比为2: I的硝酸和高锰酸的混合溶液中，在常温下以lA/dm2的电流进行20min电解研磨处理，其中每通电30s后暂