Studio sulle prestazioni antierosive delle leghe di titanio e dei rivestimenti di cromo per la costruzione navale

Nella manutenzione delle imbarcazioni marine, i componenti devono resistere ad ambienti di lavoro estremi, in particolare alla sfida dell'erosione ad alta temperatura, che ne limita notevolmente la durata. Questo articolo si concentra su un metodo di lavorazione innovativo volto a trattare i materiali in lega di titanio attraverso processi specifici e rivestire le loro superfici con uno strato di cromo per migliorarne la resistenza all'erosione. Attraverso esperimenti di ablazione laser che simulano il reale ambiente di lavoro delle navi, abbiamo approfondito gli effetti di questa lavorazione sulle proprietà delle leghe di titanio e dei rivestimenti di cromo. Con il continuo progresso della tecnologia dell’ingegneria oceanica, i requisiti prestazionali per i componenti delle navi stanno diventando sempre più severi. Le leghe di titanio svolgono un ruolo importante nella costruzione navale grazie alle loro eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. Tuttavia, il problema dell’erosione ad alta temperatura nell’ambiente marino rimane un grosso ostacolo alla sua applicazione. Per affrontare questa sfida, abbiamo adottato tecniche di lavorazione avanzate per trattare la superficie delle leghe di titanio e rivestirle con uno strato di cromo per migliorarne la resistenza all'erosione.

Lavorazione e preparazione del materiale per la lavorazione del substrato in lega di titanio: la tecnologia di taglio a filo di precisione viene utilizzata per tagliare la materia prima della lega di titanio in campioni di dimensioni standard (2 cm × 1 cm × 0,5 cm). Successivamente, utilizzare carta vetrata per lucidare, quindi lucidare con pasta per ottenere un effetto a specchio e infine utilizzare la pulizia ad ultrasuoni per rimuovere le impurità superficiali e garantire la levigatezza della superficie del substrato. Lavorazione del rivestimento di cromo: utilizzando la tecnologia avanzata di placcatura ionica ad arco, il rivestimento di cromo viene depositato sulla superficie dei campioni preparati di lega di titanio. Controllando con precisione il grado di vuoto (6 × 10 ^ -3 Pa), la temperatura (300 gradi C), la pressione NH3 (2-3 Pa) e la tensione di polarizzazione (800~1000 V), il rivestimento di cromo è garantito che sia uniforme e denso, con un tempo di deposizione controllato entro 10~20 minuti. Sono stati condotti esperimenti di ablazione laser e analisi dei risultati per valutare le prestazioni anti-ablazione delle leghe di titanio lavorate e dei rivestimenti di cromo. Abbiamo progettato una serie di esperimenti di ablazione laser. L'esperimento ha utilizzato un laser a larghezza di impulso lungo autocostruito (modello FLK-TIX6409Hz) per simulare il processo di ablazione dei componenti della nave in ambienti ad alta temperatura regolando l'energia e il numero degli impulsi. I risultati sperimentali hanno mostrato che il substrato di lega di titanio non trattato presentava cavità di ablazione grandi e profonde sulla superficie sotto ablazione laser. Sebbene la zona centrale fosse liscia, era accompagnata da numerose crepe e nella zona marginale si formavano spessi depositi di ossido. Al contrario, lo strato cromato sulla superficie della lega di titanio lavorata mostra prestazioni anti-ablazione superiori nelle stesse condizioni, con fosse di ablazione più superficiali, minore distribuzione delle cricche e accumulo di ossido significativamente ridotto.

Attraverso l'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) e alla spettroscopia a dispersione di energia (EDAX) della microstruttura e della composizione della superficie ablata, abbiamo scoperto che il rivestimento di cromo bloccava efficacemente l'erosione diretta del substrato di lega di titanio da parte dell'ossigeno ad alta temperatura, riducendo il verificarsi delle reazioni di ossidazione, migliorando così le prestazioni antiablazione complessive del materiale. Conclusione e prospettive: questo studio ha migliorato con successo la resistenza all'ablazione delle leghe di titanio e dei rivestimenti di cromo attraverso metodi di lavorazione innovativi. I risultati sperimentali indicano che il rivestimento di cromo svolge un ruolo importante nella protezione del substrato in lega di titanio dall’erosione ad alta temperatura, prolungando significativamente la durata dei componenti della nave. La ricerca futura può esplorare ulteriormente l’impatto dei diversi parametri di lavorazione sulle prestazioni del rivestimento, nonché sviluppare materiali di rivestimento protettivo più ad alte prestazioni per soddisfare l’urgente domanda di componenti ad alte prestazioni nel settore della costruzione navale.