Kompozitné panely z titánovej ocele si v posledných rokoch získali širokú pozornosť v oblasti ropy, chémie, energetiky a lodného inžinierstva kvôli ich vynikajúcim mechanickým vlastnostiam ocele a odolnosti titánu proti korózii. Keď sa však kompozitné dosky z titánovej ocele aplikujú v drsnom námornom prostredí, ich čelné plochy podliehajú galvanickej korózii v dôsledku potenciálneho rozdielu medzi titánom a oceľou, čo zhoršuje ich výkon počas skutočnej prevádzky. Preto má prijatie vhodných metód na ochrannú úpravu čelnej plochy kompozitných dosiek z titánovej ocele veľký význam a hodnotu. V súčasnosti však neexistujú takmer žiadne relevantné správy. Viac výskumov sa sústreďuje na prípravu povlakov na povrchu titánových alebo oceľových platní na zlepšenie úžitkových vlastností substrátu, najmä vrátane tepelného nástreku a laserového plátovania. Proces tepelného striekania má vysokú účinnosť, flexibilné a jednoduché ovládanie, ale vzhľadom na široký teplotný rozsah jeho zdroja tepla sú v povlaku náchylné chyby, ako sú póry, a zvyškové tepelné napätie je relatívne veľké.
1. Príprava titánového povlaku
Materiál substrátu je kompozitná doska z titánovej ocele vyrábaná spoločnosťou Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. pomocou metódy vákuového tvarovania. Titánová platňa má hrúbku 1,80 mm a oceľová platňa má hrúbku 10,20 mm, ako je znázornené na obrázku 1. Pred prípravou titánového povlaku použite brúsny papier SiC 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # a 2000 # vyleštite substrát v poradí, po ktorom nasleduje ultrazvukové čistenie v etanole počas 10 minút, aby sa odstránili nečistoty, ako je olej a hrdza na povrchu vzorky. Titánový prášok používaný na striekanie za studena je Ti-01 vyrobený Inštitútom nových materiálov, Guangdong Academy of Sciences, s veľkosťou častíc 50-100 μm. Po preosiatí sa titánový prášok pečie pri 120 stupňoch počas 30 minút, aby sa znížil vplyv vlhkosti na kvalitu povlaku. Zariadenie na striekanie za studena bolo dokončené na PCS1000 vyrobenom spoločnosťou Plasma Giken v Japonsku.
Použite stroj na rezanie drôtom s elektrickým výbojom na rezanie vzorky na charakterizáciu mikroštruktúry a analýzu zloženia prierezu. Metalografické vzorky sa pripravujú metódami mechanického brúsenia a leštenia. Ako leptadlo sa používa etanolový roztok kyseliny dusičnej s objemovým pomerom 1:19. Mikroštrukturálne znaky boli charakterizované pomocou OM (Leica DVM6M) a SEM (Phenom ProX) vybavených EDS. Mikroskopické vyšetrenie metalografických vzoriek
Tvrdosť bola meraná pomocou Vickers testera mikrotvrdosti s dobou zotrvania 10 sekundy a záťažou 500 g. Merania sa robili každých 0,4 mm od povrchu náteru k substrátu. Test trenia a opotrebovania využíva vysokorýchlostný vratný stroj na testovanie trenia a opotrebovania so záťažou 20 N, časom 10 minút, frekvenciou 1 Hz, skúšobnou dĺžkou 10 mm a oceľovými guľôčkami GCr15 ako trením. pár. Pred elektrochemickým testovaním sa vzorka utesní epoxidovou živicou, vyleští sa metalografickým brúsnym papierom, aby sa odstránili povrchové oxidy, vyčistí sa etanolom a čistou vodou a nakoniec sa vysuší horúcim vzduchom, aby sa získal čistý povrch náteru. Experiment sa uskutočňuje pri teplote miestnosti. Experimentálnym médiom je simulovaný roztok morskej vody (3,5 % NaCl) s použitím systému troch elektród. Vzorkou je pracovná elektróda, protielektróda je platinová platňa a referenčná elektróda je nasýtená kalomelová elektróda (SCE). Elektrochemická impedančná spektroskopia bola testovaná na elektrochemickej pracovnej stanici (CHI760E) pri potenciáli otvoreného obvodu, s testovacou frekvenciou 105~10-2Hz a aplikovaným rušivým potenciálom 10 mV. Test korózie v soľnej hmle (EASS-100) spoločnosti China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. sa používa na test v soľnej hmle. Podľa testu korózie v atmosfére – soľný sprejový test (GB 10125-1997) je testovacím roztokom 5 % roztok NaCl podľa hmotnostného zlomku a teplota v rozprašovacom boxe je 35 stupňov .
3.Vplyv tlaku plynu a teploty počas dávkovania prášku na mikroštruktúru a morfológiu titánových povlakov
Jedným z dôležitých parametrov v procese striekania za studena je kritická rýchlosť striekaných častíc pred ich zrážkou s podkladom. Pre daný materiál matrice existuje kritická rýchlosť, pri ktorej sa môžu ukladať len častice s rýchlosťou vyššou ako kritická rýchlosť, aby vytvorili povlak, zatiaľ čo častice s rýchlosťou nižšou ako je kritická rýchlosť sa odrazia späť, aby vytvorili povlak. Kritická rýchlosť studených striekaných častíc závisí od faktorov, ako je hustota materiálu, teplota topenia, konečná pevnosť v ťahu a počiatočná teplota častíc. Počas procesu striekania za studena sú kovy ako Cu, Zn a Al náchylné na veľkú plastickú deformáciu častíc, čo vedie k hustým povlakom. Avšak pre Ti, vzhľadom na jeho vysokú teplotu topenia, je ťažké získať husté povlaky prostredníctvom teórie nanášania kolíznou deformáciou pri striekaní za studena. Relevantné štúdie však ukázali, že zvýšenie teploty a tlaku plynu dodávajúceho prášok môže účinne znížiť pórovitosť povlaku. Pórovitosť náteru je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim jeho ochranné vlastnosti. V rámci prípustného rozsahu zariadenia autor skúmal vplyv teploty a tlaku plynu privádzaného prášku na mikroštruktúru titánového povlaku.
Obrázok 2 ukazuje metalografickú morfológiu vzoriek titánového povlaku pripravených pri rôznych kombináciách parametrov tlaku plynu privádzaného prášku a teploty. Vzhľadom na to, že striekanie za studena patrí k metóde nanášania v tuhom stave, má malý tepelný vplyv na substrát a častice sa počas procesu nanášania neroztopia. Preto sú titánová platňa a oceľová platňa na strane substrátu neporušené a titánové povlaky je možné pripraviť v rozsahu teplôt a tlaku študovaného plynu privádzaného práškom. Z obrázku 2 je možné vidieť, že tlak a teplota plynu privádzaného prášku majú malý vplyv na hrúbku povlaku. Hrúbka náteru pripravená za viacerých podmienok v rovnakom čase striekania je porovnateľná, s priemernou hrúbkou 2,70 mm. Parametre plynu privádzaného prášku však majú významný vplyv na štruktúru titánových povlakov striekaných za studena.
Záver
1) Zvýšenie teploty a tlaku plynu dodávajúceho prášok počas procesu striekania za studena nielen pomáha znižovať pórovitosť povlaku a zlepšovať jeho hustotu, ale tiež potláča delamináciu povlaku a posilňuje vnútorné spojenie povlaku. Keď sa teplota a tlak plynu privádzaného prášku zvýšili z 800 stupňov a 3 MPa na 900 stupňov a 5 MPa, pórovitosť povlaku sa znížila zo 4,25 % na 1,14 %.
2) V dôsledku nízkej teploty plynu privádzaného prášku počas prípravy titánových povlakov striekaním za studena nebola pozorovaná žiadna významná oxidácia v pripravených titánových povlakoch, ktoré pozostávajú hlavne z kovového Ti. Súčasne pri vyššej teplote a tlaku plynu privádzaného prášku (900 stupňov a 5 MPa) má titánový povlak na strane kompozitnej dosky z titánovej ocele dobrú kompatibilitu so substrátom a žiadne zjavné rozhranie vďaka konzistentnému zloženiu; Rozhranie medzi titánovým povlakom a oceľovým plechom je jasné a nedochádza k výraznej vzájomnej difúzii prvkov.
3) Zvýšenie teploty alebo tlaku plynu privádzaného do prášku počas procesu striekania za studena je prospešné pre posilnenie plastickej deformácie, zlepšenie hustoty povlaku, a tým zvýšenie mikrotvrdosti a odolnosti povlaku proti opotrebeniu. Titánový povlak pripravený s použitím GCr15 ako trecieho páru, s tlakom privádzacieho plynu prášku 5 MPa a teplotou 90}0 stupňov, vykazoval mieru opotrebovania 0,32 × 10-3 mm3/(N · m) po 10 minútach nosenia pri zaťažení 20 N.
4) Titánový povlak striekaný za studena pripravený na čelnej strane kompozitnej dosky z titánovej ocele má dobrú odolnosť proti korózii. Po 1000 hodinách testu neutrálnym soľným sprejom je povlak neporušený a na povrchu nie je zjavná korózia, čo naznačuje, že titánový povlak účinne zabraňuje prenikaniu korozívnych častíc do substrátu, čím sa výrazne zlepšuje prevádzkový výkon kompozitnej dosky z titánovej ocele v morskom prostredí
