Badanie właściwości przeciwerozyjnych stopów tytanu i powłok chromowych dla przemysłu stoczniowego

Podczas konserwacji statków morskich komponenty muszą wytrzymywać ekstremalne warunki pracy, zwłaszcza erozję w wysokiej temperaturze, co znacznie ogranicza ich żywotność. W artykule omówiono innowacyjną metodę przetwarzania, mającą na celu obróbkę materiałów stopów tytanu poprzez specyficzne procesy i powlekanie ich powierzchni warstwą chromu w celu zwiększenia ich odporności na erozję. Poprzez eksperymenty z ablacją laserową symulujące rzeczywiste środowisko pracy statków, zgłębiliśmy wpływ tej obróbki na właściwości stopów tytanu i powłok chromowych. Wraz z ciągłym rozwojem technologii inżynierii oceanicznej wymagania dotyczące wydajności komponentów statków stają się coraz bardziej rygorystyczne. Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w przemyśle stoczniowym ze względu na ich doskonałe właściwości mechaniczne i odporność na korozję. Główną przeszkodą w jego zastosowaniu pozostaje jednak problem erozji wysokotemperaturowej w środowisku morskim. Aby sprostać temu wyzwaniu, zastosowaliśmy zaawansowane techniki przetwarzania w celu obróbki powierzchni stopów tytanu i pokrycia ich warstwą chromu w celu zwiększenia ich odporności na erozję.

Przetwarzanie i przygotowanie materiału do obróbki podłoża ze stopu tytanu: Technologia precyzyjnego cięcia drutem służy do cięcia surowca ze stopu tytanu na próbki o standardowych rozmiarach (2 cm × 1 cm × 0,5 cm). Następnie do polerowania należy użyć papieru ściernego, następnie wypolerować pastą do uzyskania efektu lustrzanego, a na koniec zastosować czyszczenie ultradźwiękowe w celu usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych i zapewnienia gładkości powierzchni podłoża. Obróbka powłoki chromowej: Wykorzystując zaawansowaną technologię powlekania jonowego łukiem, powłoka chromowa osadza się na powierzchni przygotowanych próbek stopu tytanu. Dzięki precyzyjnej kontroli stopnia podciśnienia (6 × 10 ^ -3 Pa), temperatury (300 stopni C), ciśnienia NH3 (2-3 Pa) i napięcia polaryzacji (800~1000 V), powłoka chromowa zapewnia jednolitość i gęstość, a czas osadzania kontrolowany jest w granicach 10–20 minut. Przeprowadzono eksperymenty z ablacją laserową i analizę wyników w celu oceny skuteczności przeciwdziałania ablacji przetworzonych stopów tytanu i powłok chromowych. Zaprojektowaliśmy serię eksperymentów z ablacją laserową. W eksperymencie wykorzystano samodzielnie wykonany laser o długiej szerokości impulsu (model FLK-TIX6409 Hz) do symulacji procesu ablacji elementów statku w środowiskach o wysokiej temperaturze poprzez dostosowanie energii i liczby impulsów. Wyniki eksperymentów wykazały, że nieobrobione podłoże ze stopu tytanu wykazywało na powierzchni duże i głębokie wgłębienia ablacyjne poddane ablacji laserowej. Choć obszar centralny był gładki, towarzyszyło mu wiele pęknięć, a w obszarze krawędziowym utworzyły się grube osady tlenkowe. W przeciwieństwie do tego, chromowana warstwa na powierzchni obrobionego stopu tytanu wykazuje doskonałe działanie przeciwablacyjne w tych samych warunkach, przy płytszych wgłębieniach ablacyjnych, mniejszym rozkładzie pęknięć i znacznie zmniejszonym gromadzeniu się tlenku.

Dzięki skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i spektroskopii dyspersyjnej energii (EDAX) analizie mikrostruktury i składu ablowanej powierzchni odkryliśmy, że powłoka chromowa skutecznie blokuje bezpośrednią erozję podłoża stopu tytanu przez tlen w wysokiej temperaturze, zmniejszając występowanie reakcji utleniania, a tym samym poprawiło ogólną skuteczność materiału w zakresie przeciwdziałania ablacji. Wnioski i perspektywy: W badaniu tym udało się poprawić odporność na ablację stopów tytanu i powłok chromowych dzięki innowacyjnym metodom przetwarzania. Wyniki eksperymentów wskazują, że powłoka chromowa odgrywa ważną rolę w ochronie podłoża ze stopu tytanu przed erozją wysokotemperaturową, znacznie wydłużając żywotność elementów statku. Przyszłe badania mogą dalej badać wpływ różnych parametrów przetwarzania na wydajność powłok, a także opracować bardziej wydajne materiały powłok ochronnych, aby zaspokoić pilne zapotrzebowanie na wysokowydajne komponenty w przemyśle stoczniowym.