Nghiên cứu khả năng chống xói mòn của hợp kim titan và lớp phủ crom trong đóng tàu
Trong việc bảo trì tàu biển, các bộ phận cần phải chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt, đặc biệt là thách thức xói mòn ở nhiệt độ cao, điều này làm hạn chế đáng kể tuổi thọ sử dụng của chúng. Bài viết này tập trung vào một phương pháp xử lý cải tiến nhằm xử lý vật liệu hợp kim titan thông qua các quy trình cụ thể và phủ lên bề mặt của chúng một lớp crom để tăng cường khả năng chống xói mòn. Thông qua các thí nghiệm cắt bỏ bằng laser mô phỏng môi trường làm việc thực tế của tàu, chúng tôi đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý này đến các tính chất của hợp kim titan và lớp phủ crom. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ kỹ thuật đại dương, các yêu cầu về hiệu suất đối với các bộ phận của tàu ngày càng trở nên nghiêm ngặt. Hợp kim titan đóng vai trò quan trọng trong đóng tàu do tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, vấn đề xói mòn ở nhiệt độ cao trong môi trường biển vẫn là trở ngại lớn cho việc ứng dụng nó. Để giải quyết thách thức này, chúng tôi đã áp dụng các kỹ thuật xử lý tiên tiến để xử lý bề mặt hợp kim titan và phủ chúng bằng một lớp crom nhằm tăng cường khả năng chống xói mòn của chúng.
Gia công và chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình gia công nền hợp kim titan: Công nghệ cắt dây chính xác được sử dụng để cắt nguyên liệu hợp kim titan thành các mẫu có kích thước tiêu chuẩn (2 cm × 1 cm × 0.5 cm). Sau đó, sử dụng giấy nhám để đánh bóng, sau đó đánh bóng bằng hồ dán để đạt được hiệu ứng gương, cuối cùng sử dụng phương pháp làm sạch siêu âm để loại bỏ tạp chất trên bề mặt và đảm bảo độ mịn của bề mặt nền. Gia công lớp phủ crom: Sử dụng công nghệ mạ ion hồ quang tiên tiến, lớp phủ crom được lắng đọng trên bề mặt các mẫu hợp kim titan đã chuẩn bị. Bằng cách kiểm soát chính xác mức độ chân không (6 × 10 ^ -3 Pa), nhiệt độ (300 độ C), áp suất NH3 (2-3 Pa) và điện áp phân cực (800~1000 V), lớp phủ crom được đảm bảo đồng đều và đậm đặc, với thời gian lắng đọng được kiểm soát trong vòng 10 ~ 20 phút. Các thí nghiệm cắt bỏ bằng laser và phân tích kết quả đã được tiến hành để đánh giá hiệu suất chống mài mòn của hợp kim titan đã qua xử lý và lớp phủ crom. Chúng tôi đã thiết kế một loạt các thí nghiệm cắt bỏ bằng laser. Thí nghiệm sử dụng tia laser có độ rộng xung dài tự chế (model FLK-TIX6409Hz) để mô phỏng quá trình cắt bỏ các bộ phận tàu thủy trong môi trường nhiệt độ cao bằng cách điều chỉnh năng lượng và số lượng xung. Kết quả thực nghiệm cho thấy chất nền hợp kim titan chưa được xử lý có các vết cắt lớn và sâu trên bề mặt khi cắt bỏ bằng laser. Mặc dù khu vực trung tâm nhẵn nhưng nó đi kèm với nhiều vết nứt và hình thành lớp oxit dày ở khu vực rìa. Ngược lại, lớp mạ crom trên bề mặt hợp kim titan đã qua xử lý thể hiện hiệu suất chống mài mòn vượt trội trong cùng điều kiện, với các hố mài mòn nông hơn ít phân bố vết nứt hơn và giảm đáng kể sự tích tụ oxit.
Thông qua phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích quang phổ tán sắc năng lượng (EDAX) về cấu trúc vi mô và thành phần của bề mặt bị mài mòn, chúng tôi thấy rằng lớp phủ crom đã ngăn chặn hiệu quả sự ăn mòn trực tiếp của chất nền hợp kim titan bằng oxy ở nhiệt độ cao, giảm sự xuất hiện phản ứng oxy hóa và do đó cải thiện hiệu suất chống mài mòn tổng thể của vật liệu. Kết luận và triển vọng: Nghiên cứu này đã cải thiện thành công khả năng chống mài mòn của hợp kim titan và lớp phủ crom thông qua các phương pháp xử lý cải tiến. Kết quả thực nghiệm cho thấy lớp phủ crom đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nền hợp kim titan khỏi bị ăn mòn ở nhiệt độ cao, kéo dài đáng kể tuổi thọ của các bộ phận tàu. Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm tác động của các thông số xử lý khác nhau đến hiệu suất của lớp phủ, cũng như phát triển các vật liệu phủ bảo vệ hiệu suất cao hơn để đáp ứng nhu cầu cấp thiết về các bộ phận hiệu suất cao trong ngành đóng tàu.
