Az innovatív feldolgozási módszer javítja a titánötvözet abláció elleni teljesítményét a tengeri hajógyártásban és -karbantartásban
A tengeri hajóépítés és -karbantartás területén a hajóalkatrészek extrém munkakörülményeknek vannak kitéve, különösen a magas hőmérsékletű abláció kihívásának, ami jelentősen korlátozza élettartamukat. Ez a cikk egy úttörő feldolgozási technikát mutat be, amelynek célja a titánötvözet anyagok ablációval szembeni ellenállásának megerősítése speciális felületkezelések és krómbevonat révén. A hajók tényleges munkakörnyezetét utánzó lézeres ablációs kísérletek elvégzésével elmélyülünk ennek a feldolgozási módszernek a titánötvözet és krómbevonata tulajdonságaira gyakorolt hatásában.
A hajómérnöki technológia könyörtelen fejlődésével a hajóalkatrészekre vonatkozó teljesítménykövetelmények egyre szigorúbbá váltak. A kiváló mechanikai tulajdonságairól és korrózióállóságáról híres titánötvözet kulcsfontosságú szerepet tölt be a hajógyártásban. Mindazonáltal a magas hőmérsékletű abláció kérdése a tengeri környezetben továbbra is óriási akadályt jelent, amely gátolja annak széles körű alkalmazását. Ennek a kihívásnak a leküzdése érdekében fejlett feldolgozási technológiát alkalmaztunk a titánötvözet felületkezelésére és krómmal való bevonására, ezáltal javítva az ablációval szembeni ellenállását.
Feldolgozási módszertan és anyag-előkészítés
Titánötvözet szubsztrát feldolgozás: Precíziós huzalvágási technológiát alkalmazva a titánötvözet alapanyagokat szabvány méretű (2 cm x 1 cm x 0,5 cm) próbatestekre vágtuk. Ezt követően a mintákat 1500-csiszolópapírral csiszolták, csiszolópasztával tükörfényűre polírozták, végül ultrahanghullámokkal megtisztították a felületi szennyeződések eltávolítása érdekében, így biztosítva az érintetlen felületminőséget.
Króm bevonat alkalmazása: Fejlett ívionos bevonási technikát alkalmaztak a krómbevonat felvitelére az előkészített titánötvözet mintákra. A vákuumszintek (6×10^-3 Pa), a hőmérséklet (300 fok), az NH3 nyomás (2-3 Pa) és az előfeszítő feszültség (800-1000 V) aprólékos szabályozásával egyenletes és sűrű krómbevonatot értek el, 10-20 perc közötti lerakódási idővel.
Lézeres ablációs kísérletek és eredmények elemzése
A feldolgozott titánötvözet és króm bevonat ablációs ellenállásának értékelésére egy sor lézeres ablációs kísérletet végeztünk. Egyedi kialakítású, hosszú impulzusú lézerrendszer (FLK-TIX6409Hz modell) alkalmazásával magas hőmérsékleti körülmények között szimuláltuk az ablációs folyamatot az impulzusenergia és az impulzusszám beállításával.
A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a kezeletlen titánötvözet szubsztrátum mély ablációs krátereket mutatott, számos repedéssel a központi régióban, amelyet vastag oxidfelhalmozódás kísért a széleken. Ezzel szemben a krómozott titánötvözet felület kiváló ablációs ellenállást mutatott azonos körülmények között, sekélyebb ablációs kráterekkel, csökkent repedéseloszlással és minimális oxidfelhalmozódással.
Pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) és energiadiszperzív röntgenspektroszkópiával (EDAX) végeztük el az ablált felületek mikrotopográfiáját és összetételi elemzését. Ezek az elemzések megerősítették, hogy a krómbevonat hatékonyan védte a titánötvözet hordozót a magas hőmérsékletű oxigén közvetlen támadásától, minimalizálva az oxidatív reakciókat és növelve az anyag általános ablációs ellenállását.
Következtetés és kilátások
Ez a tanulmány egy innovatív feldolgozási módszerrel sikeresen javította a titánötvözet és krómbevonatának antiablációs teljesítményét. A kísérleti eredmények alátámasztják a krómbevonat döntő szerepét a titánötvözet szubsztrátum magas hőmérsékletű abláció elleni védelmében, ezáltal jelentősen meghosszabbítva a hajóalkatrészek élettartamát. A jövőbeli kutatási törekvések tovább vizsgálhatják a különböző feldolgozási paraméterek hatását a bevonat teljesítményére, és további nagy teljesítményű védőbevonat anyagokat fejleszthetnek ki, hogy megfeleljenek a nagy teljesítményű alkatrészek iránti sürgető keresletnek a hajóépítő ágazatban.
