Μελέτη σχετικά με την αντίσταση κατάλυσης θαλάσσιων κραμάτων τιτανίου και επικαλύψεων χρωμίου μετά την επεξεργασία

Κατά την κατασκευή και τη συντήρηση θαλάσσιων σκαφών, τα θαλάσσια εξαρτήματα υπόκεινται σε ακραία περιβάλλοντα λειτουργίας, ειδικά στην πρόκληση της κατάλυσης σε υψηλή θερμοκρασία, η οποία περιορίζει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους. Αυτή η εργασία εστιάζει σε μια καινοτόμο μέθοδο επεξεργασίας που στοχεύει στην ενίσχυση της αντοχής στην κατάλυση υλικών από κράμα τιτανίου με την επεξεργασία τους με ένα στρώμα χρωμίου στην επιφάνειά τους μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας. Μέσω πειραμάτων αφαίρεσης με λέιζερ που προσομοιώνουν το πραγματικό περιβάλλον λειτουργίας ενός πλοίου, παρέχουμε πληροφορίες για τα αποτελέσματα αυτής της επεξεργασίας επεξεργασίας στις ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου και των επικαλύψεων χρωμίου.
Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας ναυτιλιακής μηχανικής, οι απαιτήσεις απόδοσης για εξαρτήματα πλοίων γίνονται όλο και πιο αυστηρές. Το κράμα τιτανίου, με τις εξαιρετικές μηχανικές του ιδιότητες και την αντοχή στη διάβρωση, κατέχει σημαντική θέση στη ναυπηγική βιομηχανία. Ωστόσο, η αφαίρεση σε υψηλή θερμοκρασία στο θαλάσσιο περιβάλλον εξακολουθεί να είναι μια σημαντική πρόκληση που περιορίζει την εφαρμογή της. Προκειμένου να ανταποκριθούμε σε αυτήν την πρόκληση, έχουμε υιοθετήσει προηγμένη τεχνολογία επεξεργασίας για την επιφανειακή επεξεργασία κραμάτων τιτανίου με επιχρωμίωση, με σκοπό τη βελτίωση της αντοχής τους στη διάβρωση.

Μέθοδος επεξεργασίας και προετοιμασία υλικού
Επεξεργασία υποστρώματος από κράμα τιτανίου: η πρώτη ύλη από κράμα τιτανίου κόπηκε σε δείγματα τυπικού μεγέθους (2 cm × 1 cm × 0.5 cm) χρησιμοποιώντας τεχνολογία κοπής σύρματος ακριβείας. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε γυαλόχαρτο 1500 grit για το γυάλισμα, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε λειαντική πάστα για γυάλισμα σε εφέ καθρέφτη και, τέλος, χρησιμοποιήθηκε καθαρισμός με υπερήχους για την αφαίρεση επιφανειακών ακαθαρσιών για να διασφαλιστεί το φινίρισμα της επιφάνειας του υποστρώματος.
Επεξεργασία επίστρωσης χρωμίου: Οι επικαλύψεις χρωμίου εναποτέθηκαν στην επιφάνεια των προετοιμασμένων δειγμάτων κράματος τιτανίου χρησιμοποιώντας προηγμένη τεχνολογία επιμετάλλωσης ιόντων τόξου. Με τον ακριβή έλεγχο του κενού (6×10^-3 Pa), της θερμοκρασίας (300 μοίρες), της πίεσης NH3 (2~3 Pa) και της τάσης πόλωσης (800~1000 V), η επίστρωση χρωμίου διασφαλίζεται ότι είναι ομοιόμορφη και πυκνό, και ο χρόνος εναπόθεσης ελέγχεται στα 10~20 λεπτά.
Πείραμα αφαίρεσης με λέιζερ και ανάλυση αποτελεσμάτων
Μια σειρά από πειράματα αφαίρεσης με λέιζερ σχεδιάστηκαν για να αξιολογήσουν την αντοχή στην κατάλυση του επεξεργασμένου κράματος τιτανίου και της επικάλυψης χρωμίου. Τα πειράματα χρησιμοποίησαν ένα σπιτικό λέιζερ μεγάλου πλάτους παλμού (μοντέλο FLK-TIX6409Hz) για την προσομοίωση της διαδικασίας αφαίρεσης των εξαρτημάτων του πλοίου σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, προσαρμόζοντας την ενέργεια του παλμού και τον αριθμό των παλμών.
Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το μη επεξεργασμένο υπόστρωμα από κράμα τιτανίου έχει μεγάλους και βαθιά κρατήρες αφαίρεσης στην επιφάνεια υπό αφαίρεση λέιζερ, με μεγάλο αριθμό ρωγμών στην κεντρική περιοχή αν και λεία, και συσσώρευση παχύρρευστου οξειδίου στην περιοχή της άκρης. Αντίθετα, το επιχρωμιωμένο στρώμα στην επιφάνεια του επεξεργασμένου κράματος τιτανίου έδειξε ανώτερη αντοχή στην κατάλυση υπό τις ίδιες συνθήκες, με πιο ρηχά κοιλώματα κατάλυσης και λιγότερες ρωγμές και σημαντικά λιγότερη συσσώρευση οξειδίου.
Μέσω της μικρομορφολογίας της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και της φασματοσκοπίας διασποράς ενέργειας (EDAX) και της ανάλυσης σύνθεσης των αποκομμένων επιφανειών, διαπιστώσαμε ότι η επίστρωση χρωμίου εμπόδισε αποτελεσματικά την άμεση διάβρωση του οξυγόνου υψηλής θερμοκρασίας στο υπόστρωμα από κράμα τιτανίου και μείωσε την εμφάνιση των αντιδράσεων οξείδωσης, βελτιώνοντας έτσι τις συνολικές ιδιότητες αντοχής στην αφαίρεση του υλικού.
Συμπέρασμα και Outlook
Σε αυτή τη μελέτη, η αντοχή στην κατάλυση κραμάτων τιτανίου και επικαλύψεων χρωμίου ενισχύθηκε με επιτυχία μέσω καινοτόμων μεθόδων επεξεργασίας. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η επίστρωση χρωμίου παίζει σημαντικό ρόλο στην προστασία του υποστρώματος από κράμα τιτανίου από την αφαίρεση υψηλής θερμοκρασίας, η οποία επεκτείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων του πλοίου. Η μελλοντική έρευνα μπορεί να διερευνήσει περαιτέρω τις επιδράσεις διαφορετικών παραμέτρων επεξεργασίας στην απόδοση της επίστρωσης, καθώς και την ανάπτυξη υλικών προστασίας πιο υψηλής απόδοσης, προκειμένου να ανταποκριθεί στην επείγουσα ζήτηση για εξαρτήματα υψηλής απόδοσης στον τομέα της ναυπηγικής.