Innovativ bearbetningsmetod förbättrar anti-ablationsprestanda hos titanlegering för marin skeppsbyggnad och underhåll
Inom marin skeppsbyggnad och underhåll utsätts fartygskomponenter för extrema arbetsförhållanden, särskilt utmaningen med högtemperaturablation, vilket avsevärt begränsar deras livslängd. Den här artikeln belyser en banbrytande bearbetningsteknik som syftar till att förstärka motståndet mot ablation i titanlegeringsmaterial genom specifika ytbehandlingar och krombeläggning. Genom att utföra laserablationsexperiment som efterliknar den faktiska arbetsmiljön för fartyg, fördjupar vi oss i effekten av denna bearbetningsmetod på egenskaperna hos titanlegeringen och dess krombeläggning.
Med den obevekliga utvecklingen av marin ingenjörsteknik har prestandakraven för fartygskomponenter blivit allt strängare. Titanlegering, känd för sina överlägsna mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet, har en central position inom varvsindustrin. Ändå är frågan om högtemperaturablation i marina miljöer ett formidabelt hinder som hindrar dess utbredda tillämpning. För att ta itu med denna utmaning har vi antagit en avancerad processteknik för att ytbehandla titanlegering och belägga den med krom, och därigenom förbättra dess ablationsmotstånd.
Bearbetningsmetodik och materialberedning
Titanlegering Substrat Processing: Med hjälp av precisionsteknik för trådskärning skars råmaterial av titanlegering till standardstorlekar (2 cm x 1 cm x 0,5 cm). Därefter slipades proverna med 1500-sandpapper, polerades till en spegelfinish med slippasta och rengjordes slutligen via ultraljudsvågor för att eliminera ytorenheter, vilket säkerställde en ren ytfinish.
Applicering av krombeläggning: En avancerad bågjonpläteringsteknik användes för att avsätta en krombeläggning på de preparerade titanlegeringsproverna. Genom att noggrant kontrollera vakuumnivåer (6×10^-3 Pa), temperatur (300 grader), NH3-tryck (2-3 Pa) och förspänning (800-1000 V), en enhetlig och tät krombeläggning uppnåddes, med avsättningstider från 10 till 20 minuter.
Laser ablationsexperiment och resultatanalys
För att utvärdera ablationsmotståndet hos den bearbetade titanlegeringen och krombeläggningen genomfördes en serie laserablationsexperiment. Med hjälp av ett specialbyggt långpulslasersystem (modell FLK-TIX6409Hz) simulerade vi ablationsprocessen under högtemperaturförhållanden genom att justera pulsenergi och räkning.
Experimentella resultat visade att det obehandlade titanlegeringssubstratet uppvisade djupa ablationskratrar med många sprickor i den centrala regionen, åtföljda av tjocka oxidansamlingar längs kanterna. Däremot uppvisade den krombelagda titanlegeringsytan överlägsen ablationsmotstånd under identiska förhållanden, med grundare ablationskratrar, reducerad sprickfördelning och minimala oxidansamlingar.
Genom svepelektronmikroskopi (SEM) och energidispersiv röntgenspektroskopi (EDAX) utfördes mikrotopografi och sammansättningsanalyser av de ablerade ytorna. Dessa analyser bekräftade att krombeläggningen effektivt skyddade titanlegeringssubstratet från direkt attack av högtemperatursyre, vilket minimerar oxidativa reaktioner och förbättrar materialets totala ablationsmotstånd.
Slutsats och Outlook
Denna studie förbättrade framgångsrikt anti-ablationsprestandan hos titanlegering och dess krombeläggning genom en innovativ bearbetningsmetod. De experimentella resultaten understryker krombeläggningens avgörande roll för att skydda titanlegeringssubstratet mot ablation vid hög temperatur, vilket avsevärt förlänger livslängden för fartygskomponenter. Framtida forskningsansträngningar kan ytterligare undersöka effekterna av olika bearbetningsparametrar på beläggningsprestanda och utveckla ytterligare högpresterande skyddande beläggningsmaterial för att möta den pressande efterfrågan på högpresterande komponenter inom varvssektorn.
