Badanie odporności na ablację morskich stopów tytanu i powłok chromowych po obróbce

Podczas produkcji i konserwacji statków morskich komponenty morskie poddawane są ekstremalnym warunkom pracy, zwłaszcza ablacji w wysokiej temperaturze, co znacznie ogranicza ich żywotność. W artykule skupiono się na innowacyjnej metodzie przetwarzania, mającej na celu zwiększenie odporności na ablację materiałów ze stopów tytanu poprzez pokrycie ich powierzchni warstwą chromu w specjalnym procesie. Poprzez eksperymenty z ablacją laserową, które symulują rzeczywiste środowisko pracy statku, dokładnie badamy wpływ tej obróbki na właściwości stopów tytanu i powłok chromowych.
Wraz z ciągłym postępem technologii inżynierii morskiej wymagania eksploatacyjne dotyczące komponentów statków stają się coraz bardziej rygorystyczne. Stop tytanu, dzięki doskonałym właściwościom mechanicznym i odporności na korozję, zajmuje ważną pozycję w przemyśle stoczniowym. Jednak ablacja w wysokiej temperaturze w środowisku morskim nadal stanowi główne wyzwanie ograniczające jej zastosowanie. Aby sprostać temu wyzwaniu, zastosowaliśmy zaawansowaną technologię obróbki powierzchni stopów tytanu poprzez chromowanie, w celu zwiększenia ich odporności na korozję ablacyjną.

Metoda obróbki i przygotowanie materiału Obróbka podłoża ze stopu tytanu: zastosowano technologię precyzyjnego cięcia drutu, aby pociąć surowiec ze stopu tytanu na próbki o standardowych rozmiarach (2 cm × 1 cm × 0,5 cm). Następnie została wypolerowana papierem ściernym o uziarnieniu 1500, następnie wypolerowana pastą ścierną do efektu lustrzanego, a na koniec oczyszczona falą ultradźwiękową w celu usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych i zapewnienia wykończenia powierzchni podłoża. Obróbka powłoki chromowej: Powłokę chromową nałożono na powierzchnię przygotowanych próbek stopu tytanu przy użyciu zaawansowanej technologii powlekania łukowego. Dzięki precyzyjnej kontroli próżni (6×10^-3 Pa), temperatury (300 stopni), ciśnienia NH3 (2~3 Pa) i napięcia polaryzacji (800~1000 V), zapewniono jednolitość powłoki chromowej i gęsty, a czas osadzania kontrolowano na 10 ~ 20 minut. Eksperymenty z ablacją laserową i analiza wyników W celu oceny odporności na ablację przetworzonego stopu tytanu i powłoki chromowej zaprojektowaliśmy serię eksperymentów ablacji laserowej. W eksperymentach wykorzystano domowej roboty laser o długiej szerokości impulsu (model FLK-TIX6409 Hz) do symulacji procesu ablacji części statku w środowisku o wysokiej temperaturze poprzez dostosowanie energii impulsu i liczby impulsów. Wyniki eksperymentów pokazują, że nieobrobione podłoże ze stopu tytanu ma duże i głębokie kratery ablacyjne na powierzchni poddanej ablacji laserowej, z dużą liczbą pęknięć w obszarze środkowym, choć gładkim, oraz grubą akumulacją tlenku w obszarze krawędzi. Natomiast warstwa chromowana na powierzchni obrobionego stopu tytanu wykazywała lepszą odporność na ablację w tych samych warunkach, z płytszymi wgłębieniami ablacyjnymi i mniejszą liczbą pęknięć oraz znacznie mniejszym gromadzeniem się tlenków.
Dzięki skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i spektroskopii dyspersyjnej energii (EDAX) mikromorfologii oraz analizie składu ablowanych powierzchni odkryliśmy, że powłoka chromowa skutecznie blokuje bezpośrednią erozję wysokotemperaturowego tlenu na podłożu ze stopu tytanu i ogranicza to występowanie reakcji utleniania, poprawiając w ten sposób ogólną odporność materiału na ablację.