در حوزه مهندسی و نگهداری دریایی، دوام اجزای دریایی با چالش بزرگی در قالب فرسایش در دمای بالا مواجه است. این موضوع به طور قابل توجهی طول عمر عملیاتی قطعات کشتی را محدود می کند. با پرداختن به این نگرانی، یک تکنیک پردازش جدید برای افزایش مقاومت در برابر فرسایش آلیاژهای تیتانیوم دریایی مورد بررسی قرار گرفته است. نقطه کانونی این مطالعه حول روشهای پردازش پیچیده اعمال شده برای آلیاژهای تیتانیوم، همراه با رسوب پوششهای کروم بر روی سطوح آنها برای تقویت مقاومت آنها در برابر فرسایش حرارتی میچرخد.
پیشرفت بی وقفه فن آوری های مهندسی دریایی، تقاضاهای عملکرد تحمیل شده بر اجزای کشتی را تقویت کرده است. آلیاژهای تیتانیوم که به دلیل خواص مکانیکی استثنایی و مقاومت در برابر خوردگی شهرت دارند، نقشی اساسی در ساخت و سازهای دریایی دارند. با این حال، چالش مداوم فرسایش با دمای بالا در محیط های دریایی همچنان مانع از کاربرد گسترده آنها می شود. برای مبارزه با این مانع، یک رویکرد پردازش پیشرفته برای درمان سطحی آلیاژهای تیتانیوم و به دنبال آن استفاده از پوششهای کروم با هدف افزایش قابلیتهای مقاومت در برابر فرسایش آنها استفاده شده است.
روش پردازش و آماده سازی مواد
پردازش پوشش کروم: تکنیکهای پیشرفته آبکاری یون قوس برای رسوب پوششهای کروم بر روی نمونههای آلیاژ تیتانیوم آماده شده استفاده میشوند. با کنترل دقیق پارامترهایی مانند سطح خلاء (6×10^-3 Pa)، دما (300 درجه)، فشار NH3 (23 Pa) و ولتاژ بایاس (8001000 V)، پوششهای کروم به طور یکنواخت متراکم هستند. زمان رسوب گذاری بین 10 تا 20 دقیقه است.
آزمایش فرسایش لیزری و تجزیه و تحلیل نتایج
پردازش بستر آلیاژ تیتانیوم: تکنیکهای برش سیم دقیق برای تقسیمبندی مواد خام تیتانیوم به نمونههای استاندارد شده با اندازههای 2 سانتیمتر × 1 سانتیمتر × 0.5 سانتیمتر استفاده میشود. متعاقباً، یک روش پولیش با استفاده از 1500-کاغذ سنباده شن اجرا میشود، که به پایانی آینهمانند میرسد که از طریق ترکیبات پولیش حاصل میشود. سپس از تمیز کردن اولتراسونیک برای از بین بردن ناخالصی های سطح استفاده می شود و از صاف بودن سطح زیرین اطمینان حاصل می شود.
پردازش پوشش کروم: تکنیکهای پیشرفته آبکاری یون قوس برای رسوب پوششهای کروم بر روی نمونههای آلیاژ تیتانیوم آماده شده استفاده میشوند. با کنترل دقیق پارامترهایی مانند سطح خلاء (6×10^-3 Pa)، دما (300 درجه)، فشار NH3 (23 Pa) و ولتاژ بایاس (8001000 V)، پوششهای کروم به طور یکنواخت متراکم هستند. زمان رسوب گذاری بین 10 تا 20 دقیقه است.
آزمایش فرسایش لیزری و تجزیه و تحلیل نتایج
برای ارزیابی مقاومت فرسایشی آلیاژهای تیتانیوم فرآوری شده و پوششهای کروم، یک سری آزمایشهای فرسایشی لیزری ابداع شد. آزمایشها با استفاده از لیزر با پهنای پالس بلند سفارشی (مدل FLK-TIX6409Hz) و تنظیم انرژی و فرکانس پالس، فرآیند فرسایش تجربه شده توسط اجزای کشتی را در شرایط دمای بالا شبیهسازی میکنند. نتایج نشان میدهد که بسترهای آلیاژ تیتانیوم تیمار نشده، گودالهای فرسایشی عمیق و گستردهای را تحت فرسایش لیزری، با مناطق مرکزی صاف اما پر از ترک، و تجمع اکسید ضخیم در امتداد لبهها نشان میدهند. در مقابل، آلیاژهای تیتانیوم با پوششهای کروم، مقاومت در برابر فرسایش بالاتری را در شرایط یکسان نشان میدهند، گودالهای فرسایشی کمعمقتر، کاهش تشکلهای ترک، و کاهش قابل توجه تجمع اکسید را نشان میدهند.
مورفولوژی میکروسکوپی و تجزیه و تحلیل ترکیبی سطوح فرسایش یافته با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیفسنجی پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDAX) نشان میدهد که پوششهای کروم به طور موثری از بسترهای آلیاژ تیتانیوم در برابر فرسایش اکسیداتیو مستقیم توسط اکسیداسیون با دمای بالا محافظت میکنند. واکنش های اکسیداسیون و افزایش مقاومت فرسایشی کلی مواد.
تکنیکهای پردازش نوآورانه به کار رفته در آلیاژهای تیتانیوم، همراه با پوششهای کروم، یک مسیر امیدوارکننده برای تقویت اجزای دریایی در برابر واقعیتهای سخت فرسایش با دمای بالا در محیطهای دریایی ارائه میکند. این تحقیق نه تنها نقش محوری درمانهای سطحی را در افزایش دوام مواد روشن میکند، بلکه بر اهمیت راهحلهای مناسب در پیشبرد مرزهای انعطافپذیری مهندسی دریایی تأکید میکند.
