Інноваційний метод обробки покращує антиабляційні характеристики титанового сплаву для морського суднобудування та обслуговування
У сфері морського суднобудування та технічного обслуговування компоненти кораблів піддаються екстремальним умовам роботи, зокрема виклику високотемпературної абляції, яка значно обмежує термін їх служби. У цій статті висвітлюється новаторська технологія обробки, спрямована на посилення стійкості до абляції матеріалів із титанового сплаву за допомогою спеціальної обробки поверхні та хромового покриття. Проводячи експерименти з лазерної абляції, які імітують реальне робоче середовище кораблів, ми досліджуємо вплив цього методу обробки на властивості титанового сплаву та його хромованого покриття.
З невпинним розвитком морських інженерних технологій вимоги до характеристик корабельних компонентів стають дедалі суворішими. Титановий сплав, відомий своїми чудовими механічними властивостями та стійкістю до корозії, займає ключову позицію в суднобудуванні. Тим не менш, проблема високотемпературної абляції в морських середовищах залишається серйозною перешкодою, що перешкоджає її широкому застосуванню. Щоб впоратися з цією проблемою, ми застосували передову технологію обробки для обробки поверхні титанового сплаву та покриття його хромом, таким чином підвищуючи його стійкість до абляції.
Методика обробки та підготовка матеріалу
Обробка підкладки з титанового сплаву: Використовуючи технологію точного різання дроту, сировину з титанового сплаву було нарізано на зразки стандартного розміру (2 см x 1 см x 0,5 см). Згодом зразки були відшліфовані 1500-наждачним папером, відполіровані до дзеркального стану за допомогою абразивної пасти та, нарешті, очищені ультразвуковими хвилями для видалення поверхневих домішок, забезпечуючи бездоганне покриття поверхні.
Нанесення хромованого покриття: Для нанесення хромового покриття на підготовлені зразки титанового сплаву було застосовано вдосконалену техніку електродугового нанесення. Завдяки ретельному контролю рівня вакууму (6×10^-3 Па), температури (300 градусів), тиску NH3 (2-3 Па) і напруги зміщення (800-1000 В), рівномірний і було досягнуто щільне хромове покриття з часом осадження від 10 до 20 хвилин.
Експерименти з лазерної абляції та аналіз результатів
Щоб оцінити стійкість до абляції обробленого титанового сплаву та хромового покриття, була проведена серія експериментів з лазерної абляції. Використовуючи розроблену на замовлення довгоімпульсну лазерну систему (модель FLK-TIX6409Hz), ми змоделювали процес абляції в умовах високої температури, регулюючи енергію імпульсу та кількість.
Експериментальні результати показали, що необроблена підкладка з титанового сплаву демонструє глибокі абляційні кратери з численними тріщинами в центральній області, що супроводжуються густими накопиченнями оксиду по краях. Навпаки, покрита хромом поверхня титанового сплаву продемонструвала чудову стійкість до абляції за однакових умов, показуючи менші кратери абляції, зменшений розподіл тріщин і мінімальне накопичення оксиду.
За допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) і енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії (EDAX) було проведено аналіз мікротопографії та складу абляційних поверхонь. Ці аналізи підтвердили, що хромове покриття ефективно захищає підкладку з титанового сплаву від прямого впливу високотемпературного кисню, мінімізуючи окисні реакції та підвищуючи загальну стійкість матеріалу до абляції.
Висновок і прогноз
Це дослідження успішно покращило антиабляційні властивості титанового сплаву та його хромованого покриття за допомогою інноваційного методу обробки. Результати експериментів підкреслюють вирішальну роль хромового покриття в захисті підкладки з титанового сплаву від високотемпературної абляції, тим самим значно подовжуючи термін служби компонентів судна. Майбутні дослідницькі зусилля можуть додатково вивчити вплив різних параметрів обробки на характеристики покриття та розробити додаткові високоефективні захисні матеріали для покриття, щоб задовольнити нагальний попит на високоефективні компоненти в суднобудівному секторі.
