Kompozitní panely z titanové oceli získaly v posledních letech širokou pozornost v oblasti ropy, chemie, energetiky a lodního inženýrství díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem oceli a odolnosti titanu proti korozi. Když jsou však kompozitní desky z titanové oceli aplikovány v drsných námořních prostředích, jejich čelní plochy podléhají galvanické korozi v důsledku potenciálního rozdílu mezi titanem a ocelí, což zhoršuje jejich výkon během skutečného provozu. Proto má přijetí vhodných metod pro ochranné ošetření čelní plochy kompozitních desek z titanové oceli velký význam a hodnotu. V současné době však neexistují téměř žádné relevantní zprávy. Další výzkum se zaměřuje na přípravu povlaků na povrchu titanových nebo ocelových plechů pro zlepšení provozních vlastností substrátu, zejména včetně žárového nástřiku a laserového plátování. Proces žárového nástřiku má vysokou účinnost, flexibilní a jednoduchý provoz, ale vzhledem k širokému teplotnímu rozsahu jeho zdroje tepla jsou v povlaku náchylné vady, jako jsou póry, a zbytkové tepelné pnutí je poměrně velké.
1. Příprava titanového povlaku
Materiál substrátu je kompozitní deska z titanové oceli vyráběná společností Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. pomocí metody vakuového tvarování. Titanový plát má tloušťku 1,80 mm a ocelový plát má tloušťku 10,20 mm, jak je znázorněno na obrázku 1. Před přípravou titanového povlaku použijte brusný papír SiC 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # a 2000 #. postupně vyleštěte substrát a poté ultrazvukové čištění v etanolu po dobu 10 minut, aby se odstranily nečistoty, jako je olej a rez na povrchu vzorku. Titanový prášek používaný pro studené nástřiky je Ti-01 vyrobený Institutem nových materiálů, Guangdong Academy of Sciences, s velikostí částic 50-100 μm. Po prosátí se titanový prášek peče při 120 stupních po dobu 30 minut, aby se snížil vliv vlhkosti na kvalitu povlaku. Zařízení pro nástřik za studena bylo dokončeno na PCS1000 vyrobeném společností Plasma Giken v Japonsku.
Použijte stroj na řezání drátem s elektrickým výbojem k řezání vzorku pro charakterizaci mikrostruktury a analýzu složení příčného řezu. Metalografické vzorky se připravují metodami mechanického broušení a leštění. Jako leptadlo se používá ethanolový roztok kyseliny dusičné s objemovým poměrem 1:19. Mikrostrukturní rysy byly charakterizovány pomocí OM (Leica DVM6M) a SEM (Phenom ProX) vybavených EDS. Mikroskopické vyšetření metalografických vzorků
Tvrdost byla měřena pomocí mikrotvrdoměru Vickers s dobou zdržení 10 sekund a zátěží 500g. Měření byla prováděna každých 0,4 mm od povrchu povlaku k substrátu. Test tření a opotřebení využívá vysokorychlostní vratný stroj na testování tření a opotřebení se zatížením 20 N, časem 10 minut, frekvencí 1 Hz, zkušební délkou 10 mm a ocelovými kuličkami GCr15 jako třením. pár. Před elektrochemickým testováním se vzorek utěsní epoxidovou pryskyřicí, vyleští metalografickým brusným papírem, aby se odstranily povrchové oxidy, vyčistí se etanolem a čistou vodou a nakonec se suší horkým vzduchem, aby se získal čistý povrch nátěru. Experiment se provádí při teplotě místnosti. Experimentální médium je simulovaný roztok mořské vody (3,5% NaCl) za použití systému tří elektrod. Vzorkem je pracovní elektroda, protielektroda je platinová deska a referenční elektroda je nasycená kalomelová elektroda (SCE). Elektrochemická impedanční spektroskopie byla testována na elektrochemické pracovní stanici (CHI760E) při potenciálu otevřeného obvodu, s testovací frekvencí 105~10-2Hz a aplikovaným rušivým potenciálem 10 mV. Test koroze v solné mlze (EASS-100) společnosti China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. se používá pro test v solné mlze. Podle testu koroze v atmosféře – solný sprej (GB 10125-1997) je testovacím roztokem 5% roztok NaCl podle hmotnostního zlomku a teplota ve sprejovém boxu je 35 stupňů.
3.Vliv tlaku a teploty plynu při dávkování prášku na mikrostrukturu a morfologii titanových povlaků
Jedním z důležitých parametrů v procesu studeného nástřiku je kritická rychlost stříkaných částic před jejich kolizí s podkladem. Pro daný materiál matrice existuje kritická rychlost, při které se mohou ukládat pouze částice s rychlostí vyšší než je kritická rychlost, aby vytvořily povlak, zatímco částice s rychlostí nižší, než je kritická rychlost, se budou odrážet zpět, aby vytvořily povlak. Kritická rychlost studených stříkaných částic závisí na faktorech, jako je hustota materiálu, bod tání, konečná pevnost v tahu a počáteční teplota částic. Během procesu stříkání za studena jsou kovy jako Cu, Zn a Al náchylné k velké plastické deformaci částic, což má za následek husté povlaky. Nicméně, Ti, kvůli jeho vysoké teplotě tání, je obtížné získat husté povlaky prostřednictvím teorie kolizní deformační depozice nástřiku za studena. Nicméně relevantní studie ukázaly, že zvýšení teploty a tlaku plynu přivádějícího prášek může účinně snížit poréznost povlaku. Pórovitost povlaku je klíčovým faktorem ovlivňujícím jeho ochranné vlastnosti. V rámci povoleného rozsahu zařízení autor zkoumal vliv teploty a tlaku plynu přiváděného prášku na mikrostrukturu titanového povlaku.
Obrázek 2 ukazuje metalografickou morfologii vzorků titanového povlaku připravených za různých kombinací parametrů tlaku a teploty přiváděného prášku. Vzhledem k tomu, že studený nástřik patří k metodě depozice v pevné fázi, má malý tepelný dopad na substrát a částice se během procesu depozice neroztaví. Proto jsou titanová deska a ocelová deska na straně substrátu neporušené a titanové povlaky lze připravit v teplotním a tlakovém rozsahu studovaného plynu přivádějícího prášek. Z obrázku 2 je vidět, že tlak a teplota plynu přivádějícího prášek mají malý vliv na tloušťku povlaku. Tloušťka povlaku připravená za několika podmínek během stejné doby nástřiku je srovnatelná, s průměrnou tloušťkou 2,70 mm. Parametry plynu přiváděného prášku však mají významný vliv na strukturu titanových povlaků stříkaných za studena.
Závěr
1) Zvýšení teploty a tlaku plynu přivádějícího prášek během procesu stříkání za studena nejen pomáhá snížit poréznost povlaku a zlepšit jeho hustotu, ale také potlačuje delaminaci povlaku a posiluje vnitřní spojení povlaku. Když se teplota a tlak plynu přivádějícího prášek zvýšily z 800 stupňů a 3 MPa na 900 stupňů a 5 MPa, poréznost povlaku se snížila ze 4,25 % na 1,14 %.
2) Vzhledem k nízké teplotě plynu přiváděného prášku během přípravy titanových povlaků nástřikem za studena nebyla u připravených titanových povlaků, které jsou složeny převážně z kovového Ti, pozorována žádná významná oxidace. Současně za podmínek vyšší teploty a tlaku plynu přiváděného prášku (900 stupňů a 5 MPa) má titanový povlak na straně kompozitní desky z titanové oceli dobrou kompatibilitu se substrátem a žádné zjevné rozhraní díky konzistentnímu složení; Rozhraní mezi titanovým povlakem a ocelovým plátem je jasné a nedochází k žádné výrazné interdifúzi prvků.
3) Zvýšení teploty nebo tlaku plynu přivádějícího prášek během procesu stříkání za studena je výhodné pro posílení plastické deformace, zlepšení hustoty povlaku, a tím zvýšení mikrotvrdosti a odolnosti povlaku proti opotřebení. Titanový povlak připravený s použitím GCr15 jako třecího páru, s tlakem plynu přiváděného prášku 5 MPa a teplotou 90}0 stupňů, vykazoval míru opotřebení 0,32 × 10-3mm3/(N · m) po 10 minutách nošení při zatížení 20 N.
4) Za studena stříkaný titanový povlak připravený na čelní straně kompozitní desky z titanové oceli má dobrou odolnost proti korozi. Po 1000 hodinách testu neutrální solnou mlhou je povlak neporušený a na povrchu není patrná koroze, což naznačuje, že titanový povlak účinně zabraňuje pronikání korozivních částic do substrátu, čímž se výrazně zlepšuje provozní výkon kompozitní desky z titanové oceli v mořském prostředí
