固定成本的影响,腐蚀在澳大利亚皇家海军舰艇在5.16亿年估计有2015美元——海军的维护预算总额的近40%。副教授斯科特•韦德从斯文本科技大学的生物工程研究小组,和他的合作者,认为他们可以削减这一数字与致密涂层旨在保护一些昂贵的移动部件的海军舰艇。

团队创建了一个高速氧燃料(HVOF喷涂)热喷涂粉组成的金属和其他化合物,如碳化钨、镍和钴铬耐用著称,防护性能。HVOF喷涂涂层过程包括使用“一个巨大的火焰喷射器”创造极高的温度和速度——大约2000摄氏度800米每秒。

成分和喷涂过程是至关重要的。“水喷淋表面凝固,创建一个极其well-adhered涂料,”韦德解释道。优化喷雾参数如温度和速度结果在茂密涂料层,几乎没有空气粒子之间的差距,使海水不太可能进入,导致腐蚀。

“腐蚀是一个重要的问题在世界范围内,”韦德,应用物理学家一直看着腐蚀超过15年。他一开始开发基于光纤传感器来监测飞机的腐蚀,和多年来进行了腐蚀的研究对大型工业、港口和港口当局。

海洋环境是严酷的,他说。除了受到天气和rust-inducing盐、生物淤积”发生当你把任何一个沉浸环境和微生物、植物、藻类和动物附着在表面”。这些海洋搭车增加阻力,减缓血管,增加燃料消耗和破坏部分。他们也释放腐蚀性气体,如硫化氢或使底层金属表面的pH值更酸性,容易腐蚀。韦德解释说,这些化学物质都只是“的一部分(生物淤积物种的自然代谢,将食物转化为能量的副产品”。然而,通常他们不适合人造建筑。

舰队的合作者

每船海军近一支舰队,从水面军舰潜艇,很容易受到腐蚀或生物淤积。所以,五年前,韦德和斯文本科技大学的一个小组开始着手改善涂料的合作者国防科技集团(DST)、国防材料技术中心(DMTC),工程师,遥控电动斯科特澳大利亚和美国表面技术(科大)。因为长期与DST、DMTC和科大,韦德说,合作发生有机。“我们刚在一起的共同利益,”他说。

上图:Scott Wade测试是否一个新的高速氧气燃料,热喷涂涂层防止积聚。


防污涂料、涂层和表面处理,必须对环境无毒,坚持好,耐高接触退化,化学和机械,韦德说。最后一个标准是尤其关键水力学时,一艘船的核心组成部分,高压液体用于生成大量的权力来执行各种任务。“有很多关键的液压系统用于海上船只,如在舱口和门,方向盘,稳定,和推进系统,”他说。“如果这些系统进行生物淤积,他们可以很容易地破坏或卡住了,这使他们,有时船,不能动手术的。”

麦克塔斯科特,公司提供船用液压澳大利亚海军,多年来一直努力应对生物淤积和corrosion-related失败,韦德说。他们一直在努力克服问题,尤其是考虑到相对较新的结构,如直升机船坞登陆舰的船只。“建造新船的问题之一是缺乏知识可能的腐蚀问题。所以,船舶建造,然后提出的问题,和公司像麦克塔斯科特需要帮助来解决这些问题。”

工程师的困难之一是消除生物淤积创造了一系列新的问题。“他们试图清理污垢,但这样做会损害底层保护涂层,加速腐蚀,“DST的海洋科学家理查德·Piola博士说,一个政府资助的国家安全研究和发展组织。Piola一直在与韦德的球队在过去的四年。

“所以,这该死的如果你这样做了,该死的,如果你不,”他说。解决方案显然是一种更好的涂层。防污剂常用的今天,如镀硬铬和光滑的油漆涂料,使生物很难附着在表面或保持连接,当船以很高的速度旅行时,只是没有足够好的保护液压元件时“你需要努力的地方,装涂料”,韦德说。像aluminia-titania陶瓷涂料,例如,善于承受磨损,通常耐腐蚀,但往往是脆弱的,很容易刮掉表面的生物淤积时删除。此外,其他涂料含有铜、锌或三丁基锡可以对所有海洋生物有毒,不只是生物淤积的物种。

现实世界中试验

该组织已经证实他们的新技术或行业标准,用热水浸泡和盐雾,等测试方法。
在一系列的长期田间试验进行了2015年和2019年之间在阿德莱德,墨尔本,凯恩斯,提供一系列的环境条件和水的温度,科学家沉浸超过100 HVOF-coated——包括棒和2022卡塔尔世界杯预测全液压致动器的原型样品。“这个发现是绝对积极的,”韦德说。控制棒覆盖在传统陶瓷涂料积累显著更高层次的生物淤积相比HVOF喷涂涂料。

2018年10月,该技术首次应用在实际设置。安全扶手上的主甲板HMAS堪培拉,澳大利亚皇家海军的旗舰,喷洒技术,而其他的考虑到传统电解(EHC)硬铬涂层。

“超过9个月后安装,HVOF喷涂涂料显示显著提高抵抗,几乎没有腐蚀,EHC-coated组件相比,仅仅几个月后被严重腐蚀,”韦德说。试验还在继续,团队希望将提供一个良好的长期的评估技术。

研究人员还想看看HVOF喷涂涂料可用于不同的组件(如螺旋桨轴)和其他海洋船舶(如潜艇),或者如果它可以帮助其他问题。麦克塔斯科特澳大利亚和美国表面技术,也在谈判技术的商业化。

2019年10月,协作赢得了两项国家奖——国防创新奖和创新平台和推进奖——在2019年太平洋国际博览会的海上和海军国防部队,由澳大利亚政府机构。

韦德说:“作为一个研究型学习,这不是你经常去工作一个项目从最初的无价值的概念一直到开发一个商业上可行的产品。“自称“生锈的情人”补充说,尽管他战斗,”微生物腐蚀是惊人的:它涉及到化学、微生物学和冶金。我喜欢工作有实际应用的问题,同时也能够同时查看基础科学。”

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