Kompozitne ploče od titanijumskog čelika su poslednjih godina dobile široku pažnju u oblastima naftnog, hemijskog, energetskog i pomorskog inženjerstva zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava čelika i otpornosti titanijuma na koroziju. Međutim, kada se kompozitne ploče od titanijumskog čelika primjenjuju u teškim pomorskim okruženjima, njihove krajnje strane su podvrgnute galvanskoj koroziji zbog potencijalne razlike između titana i čelika, što pogoršava njihov učinak tijekom stvarnog rada. Stoga je usvajanje odgovarajućih metoda za zaštitnu obradu čeonih površina kompozitnih ploča od titan čelika od velikog značaja i vrijednosti. Ali trenutno gotovo da nema relevantnih izvještaja. Više istraživanja usmjereno je na pripremu premaza na površini titanijumskih ili čeličnih ploča kako bi se poboljšale performanse podloge, uglavnom uključujući termičko raspršivanje i lasersko oblaganje. Proces termičkog prskanja ima visoku efikasnost, fleksibilan i jednostavan rad, ali zbog širokog temperaturnog raspona njegovog izvora topline, defekti kao što su pore su skloni pojavljivanju u premazu, a zaostalo termičko naprezanje je relativno veliko.
1. Priprema titanijumskog premaza
Materijal supstrata je kompozitna ploča od titanijumskog čelika koju proizvodi Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. koristeći metodu vakuumskog oblikovanja. Titanijumska ploča je debljine 1,80 mm, a čelična 10,20 mm, kao što je prikazano na slici 1. Prije pripreme titanijumskog premaza, koristite 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # i 2000 # SiC brusni papir za polirati podlogu u nizu, nakon čega slijedi ultrazvučno čišćenje u etanolu u trajanju od 10 minuta kako bi se uklonili zagađivači poput ulja i rđe na površini uzorka. Titanijumski prah koji se koristi za hladno raspršivanje je Ti-01 proizveden od Instituta za nove materijale, Guangdong akademija nauka, sa veličinom čestica od 50-100 μm. Nakon prosijavanja, titanijum u prahu se peče na 120 stepeni 30 minuta kako bi se smanjio uticaj vlage na kvalitet premaza. Oprema za hladno prskanje je završena na PCS1000 proizvođača Plasma Giken u Japanu.
Koristite mašinu za rezanje žice sa električnim pražnjenjem za rezanje uzorka za karakterizaciju mikrostrukture i analizu sastava poprečnog preseka. Metalografski uzorci se pripremaju metodama mehaničkog brušenja i poliranja. Kao sredstvo za nagrizanje koristi se otopina etanola dušične kiseline volumnog omjera 1:19. Mikrostrukturne karakteristike su okarakterisane korišćenjem OM (Leica DVM6M) i SEM (Phenom ProX) opremljenih EDS. Mikroskopsko ispitivanje metalografskih uzoraka
Tvrdoća je mjerena Vickers mikrotvrdoćom sa vremenom zadržavanja od 10 sekunde i opterećenjem od 500 g. Mjerenja su vršena svakih 0,4 mm od površine premaza do podloge. Test trenja i habanja koristi mašinu za brzo klipno trenje i ispitivanje habanja, sa opterećenjem od 20 N, vremenom od 10 min, frekvencijom od 1 Hz, dužinom ispitivanja od 10 mm i čeličnim kuglicama GCr15 kao trenjem. par. Prije elektrohemijskog ispitivanja, uzorak je zapečaćen epoksidnom smolom, poliran metalografskim brusnim papirom kako bi se uklonili površinski oksidi, očišćen etanolom i čistom vodom i na kraju osušen vrućim zrakom kako bi se dobila čista površina premaza. Eksperiment se provodi na sobnoj temperaturi. Eksperimentalni medij je simulirani rastvor morske vode (3,5% NaCl), koristeći sistem sa tri elektrode. Uzorak je radna elektroda, kontraelektroda je platinasta ploča, a referentna elektroda je zasićena kalomelna elektroda (SCE). Spektroskopija elektrohemijske impedancije testirana je na elektrohemijskoj radnoj stanici (CHI760E) pri potencijalu otvorenog kola, sa frekvencijom testiranja od 105~{14}}Hz i primijenjenim potencijalom smetnji od 10 mV. Mašina za ispitivanje korozije u slanom spreju (EASS-100) China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. koristi se za ispitivanje slanog spreja. Prema Testu korozije u atmosferi - testu slanog spreja (GB 10125-1997), testni rastvor je 5% rastvor NaCl po masenom udjelu, a temperatura u kutiji za prskanje je 35 stepeni.
3.Utjecaj tlaka i temperature plina tokom hranjenja prahom na mikrostrukturu i morfologiju titanijumskih prevlaka
Jedan od važnih parametara u procesu hladnog prskanja je kritična brzina prskanih čestica prije nego što se sudare sa podlogom. Za dati materijal matrice postoji kritična brzina pri kojoj se samo čestice s brzinom većom od kritične mogu nanijeti da formiraju premaz, dok će se čestice s brzinom manjom od kritične brzine odbiti i formirati premaz. Kritična brzina čestica hladnog raspršivanja zavisi od faktora kao što su gustina materijala, tačka topljenja, krajnja vlačna čvrstoća i početna temperatura čestica. Tokom procesa hladnog prskanja, metali kao što su Cu, Zn i Al su skloni velikim plastičnim deformacijama čestica, što rezultira gustim premazima. Međutim, Ti je, zbog svoje visoke tačke topljenja, teško dobiti guste prevlake kroz teoriju taloženja deformacijom sudara hladnog prskanja. Međutim, relevantne studije su pokazale da povećanje temperature i pritiska gasa za punjenje praha može efikasno smanjiti poroznost premaza. Poroznost premaza je ključni faktor koji utiče na njegove zaštitne performanse. U okviru dozvoljenog opsega opreme, autor je istraživao uticaj temperature i pritiska gasa za punjenje praha na mikrostrukturu titanijumskog premaza.
Slika 2 prikazuje metalografsku morfologiju uzoraka titanijumske prevlake pripremljene u različitim kombinacijama tlaka i temperaturnih parametara plina za dovod praha. Zbog činjenice da hladno prskanje pripada metodi taloženja u čvrstom stanju, ima mali termički uticaj na podlogu, a čestice se ne tope tokom procesa taloženja. Stoga su titanijumska ploča i čelična ploča na strani supstrata netaknute, a titanijumske prevlake se mogu pripremiti u rasponu temperature i pritiska ispitivanog gasa za punjenje praha. Sa slike 2 može se vidjeti da tlak i temperatura plina za punjenje praha imaju mali utjecaj na debljinu premaza. Debljina premaza pripremljena u nekoliko uslova u istom vremenu prskanja je uporediva, sa prosečnom debljinom od 2,70 mm. Međutim, parametri gasa za punjenje praha imaju značajan uticaj na strukturu hladno raspršenih titanijumskih premaza.
Zaključak
1) Povećanje temperature i pritiska gasa za dovod praha tokom procesa hladnog prskanja ne samo da pomaže u smanjenju poroznosti premaza i poboljšanju njegove gustine, već takođe potiskuje raslojavanje premaza i jača unutrašnje vezivanje premaza. Kada su temperatura i pritisak gasa za punjenje praha povećani sa 800 stepeni i 3 MPa na 900 stepeni i 5 MPa, respektivno, poroznost prevlake je smanjena sa 4,25% na 1,14%.
2) Zbog niske temperature gasa za dovod praha tokom pripreme titanijumskih premaza hladnim raspršivanjem, nije uočena značajna oksidacija u pripremljenim titanijumskim prevlakama, koje se uglavnom sastoje od metalnog Ti. Istovremeno, pod višom temperaturom i pritiskom gasa za dovod praha (900 stepeni i 5 MPa), titanijumski premaz na strani kompozitne ploče od titan čelika ima dobru kompatibilnost sa podlogom i nema očigledan interfejs zbog konzistentnog sastava; Interfejs između titanijumskog premaza i čelične ploče je jasan i nema značajne međudifuzije elemenata.
3) Povećanje temperature ili pritiska gasa za dovod praha tokom procesa hladnog prskanja je korisno za jačanje plastične deformacije, poboljšanje gustine premaza, a samim tim i povećanje mikrotvrdoće i otpornosti premaza na habanje. Titanijumski premaz pripremljen korišćenjem GCr15 kao para trenja, sa pritiskom gasa za dovod praha od 5 MPa i temperaturom od 900 stepeni, pokazao je stopu habanja od 0,32 × 10-3mm3/(N · m) nakon 10 minuta nošenja pod opterećenjem od 20 N.
4) Hladno prskani titanijumski premaz pripremljen na čeonoj strani kompozitne ploče od titan čelika ima dobru otpornost na koroziju. Nakon 1000 sati ispitivanja neutralnim slanim sprejom, premaz je netaknut i nema očigledne korozije rđe na površini, što ukazuje da titanijumski premaz učinkovito sprječava prodiranje korozivnih čestica u podlogu, čime se značajno poboljšavaju radne karakteristike kompozitne ploče od titan čelika u morskom okruženju
