Инновационный метод обработки повышает антиабляционные характеристики титанового сплава для морского судостроения и технического обслуживания
В сфере морского судостроения и обслуживания компоненты кораблей подвергаются экстремальным условиям работы, в частности, высокотемпературной абляции, что значительно ограничивает срок их службы. В этой статье освещается новаторская технология обработки, направленная на повышение устойчивости материалов из титановых сплавов к абляции за счет специальной обработки поверхности и хромового покрытия. Проводя эксперименты по лазерной абляции, имитирующие реальную рабочую среду кораблей, мы углубляемся в влияние этого метода обработки на свойства титанового сплава и его хромового покрытия.
С неустанным развитием морских инженерных технологий требования к характеристикам судовых компонентов становятся все более строгими. Титановый сплав, известный своими превосходными механическими свойствами и коррозионной стойкостью, занимает центральное место в судостроении. Тем не менее, проблема высокотемпературной абляции в морской среде остается серьезным препятствием, препятствующим ее широкому применению. Чтобы решить эту проблему, мы внедрили передовую технологию обработки поверхности титанового сплава и покрытия его хромом, тем самым повысив его стойкость к абляции.
Методика обработки и подготовка материала
Обработка подложки из титанового сплава: Используя технологию прецизионной резки проволоки, сырье из титанового сплава было разрезано на образцы стандартного размера (2 см x 1 см x 0,5 см). Впоследствии образцы были отшлифованы наждачной бумагой с зернистостью 1500-, отполированы до зеркального блеска с помощью абразивной пасты и, наконец, очищены ультразвуковыми волнами для удаления поверхностных загрязнений и обеспечения безупречного качества поверхности.
Нанесение хромового покрытия: Для нанесения хромового покрытия на подготовленные образцы титанового сплава была использована передовая технология дугового ионного осаждения. Путем тщательного контроля уровня вакуума (6×10^-3 Па), температуры (300 градусов), давления NH3 (2-3 Па) и напряжения смещения (800-1000 В) достигается равномерный и Получено плотное хромовое покрытие со временем осаждения от 10 до 20 минут.
Эксперименты по лазерной абляции и анализ результатов
Для оценки стойкости к абляции обработанного титанового сплава и хромового покрытия была проведена серия экспериментов по лазерной абляции. Используя специально созданную лазерную систему с длинными импульсами (модель FLK-TIX6409Hz), мы смоделировали процесс абляции в условиях высокой температуры, регулируя энергию и количество импульсов.
Результаты экспериментов показали, что на необработанной подложке из титанового сплава наблюдаются глубокие абляционные кратеры с многочисленными трещинами в центральной области, сопровождающиеся толстыми скоплениями оксида по краям. Напротив, поверхность из титанового сплава с хромовым покрытием показала превосходную стойкость к абляции в идентичных условиях: более мелкие абляционные кратеры, уменьшенное распространение трещин и минимальное накопление оксидов.
С помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDAX) были выполнены микротопография и анализ состава аблированных поверхностей. Эти анализы подтвердили, что хромовое покрытие эффективно защищает подложку из титанового сплава от прямого воздействия высокотемпературного кислорода, сводя к минимуму окислительные реакции и повышая общую стойкость материала к абляции.
Заключение и перспективы
Это исследование успешно улучшило антиабляционные характеристики титанового сплава и его хромового покрытия благодаря инновационному методу обработки. Результаты экспериментов подчеркивают решающую роль хромового покрытия в защите подложки из титанового сплава от высокотемпературной абляции, тем самым значительно продлевая срок службы компонентов корабля. Будущие исследования могут дополнительно изучить влияние различных параметров обработки на характеристики покрытия и разработать дополнительные высокоэффективные материалы защитного покрытия для удовлетворения острой потребности в высокопроизводительных компонентах в судостроительном секторе.
