Phương pháp xử lý sáng tạo nâng cao hiệu suất chống ăn mòn của hợp kim titan cho đóng tàu và bảo trì tàu biển
Trong lĩnh vực đóng tàu và bảo dưỡng tàu biển, các thành phần của tàu phải chịu những điều kiện làm việc khắc nghiệt, đặc biệt là thách thức của quá trình ăn mòn ở nhiệt độ cao, làm hạn chế đáng kể tuổi thọ của chúng. Bài viết này nêu bật một kỹ thuật xử lý mang tính đột phá nhằm tăng cường khả năng chống ăn mòn trong vật liệu hợp kim titan thông qua các phương pháp xử lý bề mặt và lớp phủ crom cụ thể. Bằng cách tiến hành các thí nghiệm ăn mòn bằng laser mô phỏng môi trường làm việc thực tế của tàu, chúng tôi đi sâu vào tác động của phương pháp xử lý này đối với các đặc tính của hợp kim titan và lớp phủ crom của nó.
Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ kỹ thuật hàng hải, các yêu cầu về hiệu suất đối với các thành phần tàu ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn. Hợp kim titan, nổi tiếng với các đặc tính cơ học và khả năng chống ăn mòn vượt trội, giữ vị trí then chốt trong ngành đóng tàu. Tuy nhiên, vấn đề ăn mòn ở nhiệt độ cao trong môi trường biển vẫn là một trở ngại lớn cản trở ứng dụng rộng rãi của nó. Để giải quyết thách thức này, chúng tôi đã áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến để xử lý bề mặt hợp kim titan và phủ crom lên trên, do đó tăng cường khả năng chống ăn mòn của nó.
Phương pháp chế biến và chuẩn bị vật liệu
Xử lý nền hợp kim titan:Sử dụng công nghệ cắt dây chính xác, nguyên liệu hợp kim titan được cắt thành các mẫu có kích thước chuẩn (2 cm x 1 cm x 0.5 cm). Sau đó, các mẫu được mài bằng giấy nhám 1500-, đánh bóng đến độ bóng gương bằng bột mài mòn và cuối cùng được làm sạch bằng sóng siêu âm để loại bỏ tạp chất bề mặt, đảm bảo bề mặt hoàn thiện nguyên sơ.
Ứng dụng lớp phủ Crom: Một kỹ thuật mạ ion hồ quang tiên tiến đã được sử dụng để lắng đọng lớp phủ crom lên các mẫu hợp kim titan đã chuẩn bị. Bằng cách kiểm soát tỉ mỉ mức chân không (6×10^-3 Pa), nhiệt độ (300 độ), áp suất NH3 (2-3 Pa) và điện áp phân cực (800-1000 V), một lớp phủ crom đồng đều và dày đặc đã đạt được, với thời gian lắng đọng từ 10 đến 20 phút.
Thí nghiệm phá hủy bằng tia laser và phân tích kết quả
Để đánh giá khả năng chống mài mòn của hợp kim titan và lớp phủ crom đã qua xử lý, một loạt các thí nghiệm mài mòn bằng laser đã được tiến hành. Sử dụng hệ thống laser xung dài được chế tạo riêng (model FLK-TIX6409Hz), chúng tôi đã mô phỏng quá trình mài mòn trong điều kiện nhiệt độ cao bằng cách điều chỉnh năng lượng xung và số lượng.
Kết quả thử nghiệm cho thấy chất nền hợp kim titan chưa qua xử lý có các hố xói mòn sâu với nhiều vết nứt ở vùng trung tâm, kèm theo các lớp oxit dày tích tụ dọc theo các cạnh. Ngược lại, bề mặt hợp kim titan phủ crom có khả năng chống xói mòn vượt trội trong các điều kiện giống hệt nhau, có các hố xói mòn nông hơn, phân bố vết nứt giảm và tích tụ oxit tối thiểu.
Thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDAX), các phân tích vi địa hình và thành phần của các bề mặt bị phá hủy đã được thực hiện. Các phân tích này xác nhận rằng lớp phủ crom bảo vệ hiệu quả lớp nền hợp kim titan khỏi sự tấn công trực tiếp của oxy nhiệt độ cao, giảm thiểu các phản ứng oxy hóa và tăng cường khả năng chống phá hủy tổng thể của vật liệu.
Kết luận và triển vọng
Nghiên cứu này đã thành công trong việc nâng cao hiệu suất chống ăn mòn của hợp kim titan và lớp phủ crom của nó thông qua một phương pháp xử lý sáng tạo. Các kết quả thử nghiệm nhấn mạnh vai trò quan trọng của lớp phủ crom trong việc bảo vệ lớp nền hợp kim titan khỏi sự ăn mòn ở nhiệt độ cao, do đó kéo dài đáng kể tuổi thọ của các thành phần tàu. Các nỗ lực nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm tác động của các thông số xử lý khác nhau đối với hiệu suất lớp phủ và phát triển thêm các vật liệu phủ bảo vệ hiệu suất cao để đáp ứng nhu cầu cấp thiết về các thành phần hiệu suất cao trong ngành đóng tàu.
