Im Bereich der Schiffstechnik und -wartung steht die Haltbarkeit von Schiffskomponenten vor einer gewaltigen Herausforderung in Form von Erosion bei hohen Temperaturen. Dieses Problem schränkt die Lebensdauer von Schiffsteilen erheblich ein. Um dieses Problem direkt anzugehen, wurde eine neuartige Verarbeitungstechnik untersucht, um die Erosionsbeständigkeit von Titanlegierungen in Marinequalität zu verbessern. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf den komplizierten Verarbeitungsmethoden, die auf Titanlegierungen angewendet werden, verbunden mit der Abscheidung von Chrombeschichtungen auf ihren Oberflächen, um deren Widerstandsfähigkeit gegen thermische Erosion zu erhöhen.
Die unaufhörliche Weiterentwicklung der Schiffstechnik hat die Leistungsanforderungen an Schiffskomponenten erhöht. Titanlegierungen, die für ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit bekannt sind, spielen im Schiffsbau eine zentrale Rolle. Dennoch behindert die anhaltende Herausforderung der Erosion bei hohen Temperaturen in Meeresumgebungen weiterhin ihre weitverbreitete Anwendung. Um diese Hürde zu überwinden, wurde ein fortschrittlicher Verarbeitungsansatz zur Oberflächenbehandlung von Titanlegierungen eingesetzt, gefolgt von der Aufbringung von Chrombeschichtungen, um deren Erosionsbeständigkeit zu erhöhen.
Verarbeitungsmethodik und Materialvorbereitung
Chrombeschichtungsverarbeitung: Fortschrittliche Lichtbogen-Ionenplattierungstechniken werden genutzt, um Chrombeschichtungen auf den vorbereiteten Titanlegierungsproben abzuscheiden. Durch die sorgfältige Steuerung von Parametern wie Vakuumniveau (6×10^-3 Pa), Temperatur (300 Grad), NH3-Druck (23 Pa) und Vorspannung (800–1000 V) sind die Chrombeschichtungen gleichmäßig dicht, wobei die Abscheidungszeiten zwischen 10 und 20 Minuten liegen.
Experimente zur Lasererosion und Ergebnisanalyse
Verarbeitung von Titanlegierungssubstraten: Präzisionsdrahtschneidetechniken werden verwendet, um Rohtitanmaterialien in standardisierte Proben mit den Maßen 2 cm × 1 cm × 0,5 cm zu segmentieren. Anschließend wird ein Poliervorgang mit Schleifpapier der Körnung 1500- durchgeführt, der durch Polierpasten zu einem spiegelähnlichen Finish führt. Anschließend wird eine Ultraschallreinigung eingesetzt, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen und sicherzustellen, dass die Oberfläche des Substrats makellos glatt ist.
Chrombeschichtungsverarbeitung: Fortschrittliche Lichtbogen-Ionenplattierungstechniken werden genutzt, um Chrombeschichtungen auf den vorbereiteten Titanlegierungsproben abzuscheiden. Durch die sorgfältige Steuerung von Parametern wie Vakuumniveau (6×10^-3 Pa), Temperatur (300 Grad), NH3-Druck (23 Pa) und Vorspannung (800–1000 V) sind die Chrombeschichtungen gleichmäßig dicht, wobei die Abscheidungszeiten zwischen 10 und 20 Minuten liegen.
Experimente zur Lasererosion und Ergebnisanalyse
Um die Erosionsbeständigkeit der verarbeiteten Titanlegierungen und Chrombeschichtungen zu beurteilen, wurde eine Reihe von Lasererosionsexperimenten entwickelt. Mithilfe eines speziell angefertigten Lasers mit langer Pulsbreite (Modell FLK-TIX6409Hz) und der Anpassung von Pulsenergie und -frequenz simulieren die Experimente den Erosionsprozess, den Schiffskomponenten unter Hochtemperaturbedingungen erfahren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass unbehandelte Titanlegierungssubstrate unter Lasererosion tiefe und ausgedehnte Erosionsgruben mit glatten, aber rissigen zentralen Bereichen und dicken Oxidansammlungen entlang der Kanten aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigen Titanlegierungen mit Chrombeschichtungen unter identischen Bedingungen eine überlegene Erosionsbeständigkeit und weisen flachere Erosionsgruben, eine geringere Rissbildung und deutlich geringere Oxidansammlungen auf.
Mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDAX) durchgeführte mikroskopische Morphologie- und Zusammensetzungsanalysen der erodierten Oberflächen zeigen, dass Chrombeschichtungen die Titanlegierungssubstrate effektiv vor direkter oxidativer Erosion durch Hochtemperatursauerstoff schützen, wodurch Oxidationsreaktionen eingedämmt und die allgemeine Erosionsbeständigkeit der Materialien verbessert werden.
Die innovativen Verarbeitungstechniken für Titanlegierungen in Verbindung mit Chrombeschichtungen stellen einen vielversprechenden Weg dar, Meereskomponenten gegen die raue Realität der Hochtemperaturerosion in maritimen Umgebungen zu schützen. Diese Forschung beleuchtet nicht nur die entscheidende Rolle von Oberflächenbehandlungen bei der Verbesserung der Materialbeständigkeit, sondern unterstreicht auch die Bedeutung maßgeschneiderter Lösungen für die Erweiterung der Grenzen der Widerstandsfähigkeit der Meerestechnik.
