بررسی مقاومت فرسایشی آلیاژهای تیتانیوم دریایی و پوشش‌های کروم پس از پردازش

در ساخت و نگهداری کشتی‌های دریایی، اجزای دریایی در معرض محیط‌های عملیاتی شدید قرار می‌گیرند، به‌ویژه چالش فرسایش در دمای بالا، که عمر مفید آنها را تا حد زیادی محدود می‌کند. این مقاله بر روی یک روش پردازش نوآورانه با هدف افزایش مقاومت فرسایشی مواد آلیاژی تیتانیوم با پردازش آنها با یک لایه کروم روی سطح آنها از طریق یک فرآیند خاص تمرکز دارد. از طریق آزمایش‌های فرسایش لیزری که محیط عملیاتی واقعی یک کشتی را شبیه‌سازی می‌کنند، ما بینش‌هایی در مورد اثرات این پردازش پردازشی بر روی خواص آلیاژهای تیتانیوم و پوشش‌های کروم ارائه می‌کنیم.
با پیشرفت مداوم فناوری مهندسی دریایی، الزامات عملکرد برای اجزای کشتی به طور فزاینده‌ای سخت‌گیرانه می‌شوند. آلیاژ تیتانیوم با خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی جایگاه مهمی در کشتی سازی دارد. با این حال، فرسایش در دمای بالا در محیط دریایی هنوز یک چالش بزرگ است که کاربرد آن را محدود می کند. به منظور مقابله با این چالش، ما فناوری پردازش پیشرفته ای را برای پردازش سطحی آلیاژهای تیتانیوم با روکش کروم، با هدف افزایش مقاومت در برابر خوردگی فرسایشی آنها اتخاذ کرده ایم.

روش پردازش و آماده سازی مواد
پردازش بستر آلیاژ تیتانیوم: مواد خام آلیاژ تیتانیوم با استفاده از فناوری سیم برش دقیق به نمونه هایی با اندازه استاندارد (2 سانتی متر × 1 سانتی متر × 0.5 سانتی متر) بریده شد. پس از آن، از کاغذ سنباده 1500 برای پرداخت استفاده شد، سپس از خمیر ساینده برای صیقل دادن به یک اثر آینه ای استفاده شد و در نهایت از تمیز کردن اولتراسونیک برای حذف ناخالصی های سطح برای اطمینان از پرداخت سطح زیرلایه استفاده شد.
پردازش پوشش کروم: پوشش‌های کروم بر روی سطح نمونه‌های آلیاژ تیتانیوم آماده شده با استفاده از فناوری پیشرفته آبکاری یون قوس قرار گرفتند. با کنترل دقیق خلاء (6×10^-3 Pa)، دما (300 درجه)، فشار NH3 (2~3 Pa) و ولتاژ بایاس (800~1000 ولت)، پوشش کروم یکنواخت است. و متراکم، و زمان رسوب در 10 تا 20 دقیقه کنترل می شود.
آزمایش لیزر فرسایش و تجزیه و تحلیل نتایج
مجموعه‌ای از آزمایش‌های فرسایش لیزری برای ارزیابی مقاومت فرسایشی آلیاژ تیتانیوم فرآوری‌شده و پوشش کروم طراحی شد. این آزمایش‌ها از یک لیزر خانگی با عرض پالس بلند (مدل FLK-TIX6409Hz) برای شبیه‌سازی فرآیند فرسایش قطعات کشتی در یک محیط با دمای بالا با تنظیم انرژی پالس و تعداد پالس‌ها استفاده کردند.
نتایج تجربی نشان می‌دهد که بستر آلیاژ تیتانیوم تیمار نشده دارای دهانه‌های فرسایشی بزرگ و عمیق در سطح تحت فرسایش لیزری است، با تعداد زیادی ترک در ناحیه مرکزی اگرچه صاف، و تجمع اکسید ضخیم در ناحیه لبه. در مقابل، لایه کروم اندود شده روی سطح آلیاژ تیتانیوم فرآوری شده در شرایط مشابه، با حفره‌های فرسایشی کم‌عمق‌تر و ترک‌های کمتر، و تجمع اکسید به‌طور قابل‌توجهی کمتر از خود نشان داد.
از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDAX) و تجزیه و تحلیل ترکیبی سطوح فرسوده، متوجه شدیم که پوشش کروم به طور موثر فرسایش مستقیم اکسیژن با دمای بالا را بر روی بستر آلیاژ تیتانیوم مسدود کرده و وقوع را کاهش می‌دهد. از واکنش های اکسیداسیون، در نتیجه بهبود خواص کلی مقاوم در برابر فرسایش مواد.
نتیجه گیری و چشم انداز
در این مطالعه، مقاومت فرسایشی آلیاژهای تیتانیوم و پوشش‌های کروم با موفقیت از طریق روش‌های پردازش نوآورانه افزایش یافت. نتایج تجربی نشان می دهد که پوشش کروم نقش مهمی در محافظت از بستر آلیاژ تیتانیوم در برابر فرسایش در دمای بالا ایفا می کند، که به طور قابل توجهی طول عمر اجزای کشتی را افزایش می دهد. تحقیقات آینده می‌تواند اثرات پارامترهای مختلف پردازش را بر عملکرد پوشش و همچنین توسعه مواد پوشش محافظ با کارایی بالا بیشتر به منظور پاسخگویی به تقاضای فوری برای قطعات با کارایی بالا در زمینه کشتی‌سازی بررسی کند.