Uuenduslik töötlemismeetod parandab titaanisulami ablatsioonivastast jõudlust merelaevade ehitamiseks ja hoolduseks
Laevaehituse ja -hoolduse valdkonnas puutuvad laevade komponendid kokku äärmuslike töötingimustega, eriti kõrge temperatuuriga ablatsiooniga, mis piirab oluliselt nende kasutusiga. Selles artiklis tuuakse esile murranguline töötlemistehnika, mille eesmärk on tugevdada titaanisulamist materjalide vastupidavust ablatsioonile spetsiifilise pinnatöötluse ja kroomkatte abil. Laevade tegelikku töökeskkonda jäljendavaid laserablatsioonikatseid tehes uurime selle töötlemismeetodi mõju titaanisulami ja selle kroomkatte omadustele.
Laevaehitustehnoloogia lakkamatu arenguga on laevakomponentidele esitatavad jõudlusnõuded muutunud üha karmimaks. Titaanisulam, mis on tuntud oma suurepäraste mehaaniliste omaduste ja korrosioonikindluse poolest, omab laevaehituses pöördelist positsiooni. Sellegipoolest on kõrge temperatuuriga ablatsiooni probleem merekeskkonnas endiselt tohutu takistus, mis takistab selle laialdast kasutamist. Selle väljakutsega toimetulemiseks oleme kasutusele võtnud täiustatud töötlemistehnoloogia titaanisulami pinnatöötluseks ja kroomiga katmiseks, suurendades seeläbi selle ablatsioonikindlust.
Töötlemise metoodika ja materjali ettevalmistamine
Titaanisulami substraadi töötlemine: traadi täppislõikamise tehnoloogiat kasutades lõigati titaanisulami toorained standardsuuruses proovideks (2 cm x 1 cm x 0,5 cm). Seejärel lihviti proove 1500-liivapaberiga, poleeriti abrasiivse pastaga peegelviimistluseni ja lõpuks puhastati ultrahelilainete abil, et eemaldada pinna ebapuhtus, tagades puhta pinnaviimistluse.
Kroomkatte pealekandmine: Kroomikatte katmiseks ettevalmistatud titaanisulami proovidele kasutati täiustatud kaareioonplaadistamise tehnikat. Kontrollides hoolikalt vaakumi taset (6 × 10^-3 Pa), temperatuuri (300 kraadi), NH3 rõhku (2-3 Pa) ja nihkepinget (800-1000 V), saavutatakse ühtlane ja saavutati tihe kroomkate, mille sadestusaeg jäi vahemikku 10 kuni 20 minutit.
Laserablatsiooni katsed ja tulemuste analüüs
Töödeldud titaanisulami ja kroomi katte ablatsioonikindluse hindamiseks viidi läbi rida laserablatsioonikatseid. Kasutades spetsiaalselt ehitatud pika impulsi lasersüsteemi (mudel FLK-TIX6409Hz), simuleerisime ablatsiooniprotsessi kõrge temperatuuri tingimustes, reguleerides impulsi energiat ja loendust.
Eksperimentaalsed tulemused näitasid, et töötlemata titaanisulamist substraadil esinesid sügavad ablatsioonikraatrid, mille keskosas oli arvukalt pragusid, millega kaasnes paks oksiidide kogunemine servades. Seevastu kroomiga kaetud titaanisulamist pind näitas samades tingimustes paremat ablatsioonikindlust, millel olid madalamad ablatsioonikraatrid, vähenenud pragude jaotus ja minimaalne oksiidi kogunemine.
Skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) ja energiat hajutava röntgenspektroskoopia (EDAX) abil viidi läbi ableeritud pindade mikrotopograafia ja koostise analüüsid. Need analüüsid kinnitasid, et kroomkate kaitses tõhusalt titaanisulamist substraati kõrge temperatuuriga hapniku otsese rünnaku eest, minimeerides oksüdatiivseid reaktsioone ja suurendades materjali üldist ablatsioonikindlust.
Kokkuvõte ja väljavaade
See uuring parandas uuendusliku töötlemismeetodi abil edukalt titaanisulami ja selle kroomkatte ablatsioonivastast toimet. Katsetulemused rõhutavad kroomkatte olulist rolli titaanisulamist substraadi kaitsmisel kõrge temperatuuriga ablatsiooni eest, pikendades seeläbi oluliselt laevakomponentide kasutusiga. Tulevased teadusuuringud võivad täiendavalt uurida erinevate töötlemisparameetrite mõju katte jõudlusele ja töötada välja täiendavaid suure jõudlusega kaitsekattematerjale, et rahuldada laevaehitussektoris tungivat nõudlust suure jõudlusega komponentide järele.
