Titaanterasest komposiitpaneelid on viimastel aastatel pälvinud laialdast tähelepanu nafta-, keemia-, energia- ja meretehnika valdkondades tänu nende suurepärastele terase mehaanilistele omadustele ja titaani korrosioonikindlusele. Kui aga titaanterasest komposiitplaate kasutatakse karmides merekeskkondades, läbivad nende otspinnad titaani ja terase potentsiaalse erinevuse tõttu galvaanilist korrosiooni, mis halvendab nende toimivust tegeliku kasutuse ajal. Seetõttu on titaanterasest komposiitplaatide otspinna kaitsva töötlemise sobivate meetodite kasutuselevõtt väga oluline ja väärtuslik. Kuid praegu puuduvad peaaegu puuduvad asjakohased aruanded. Rohkem uuringuid keskendutakse titaan- või terasplaatide pinnale katete ettevalmistamisele, et parandada substraadi tööomadusi, sealhulgas peamiselt termilist pihustamist ja laserkatet. Termopihustusprotsess on kõrge efektiivsusega, paindlik ja lihtne, kuid selle soojusallika laia temperatuurivahemiku tõttu võivad kattes tekkida sellised defektid nagu poorid ja jääksoojuspinge on suhteliselt suur.
1. Titaankatte valmistamine
Substraadi materjal on titaanterasest komposiitplaat, mille toodab vaakumvormimise meetodil Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. Titaanplaadi paksus on 1,80 mm ja terasplaadi paksus 10,20 mm, nagu näidatud joonisel 1. Enne titaankatte ettevalmistamist kasutage 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # ja 2000 # SiC liivapaberit. poleerige substraati järjest, millele järgneb 10-minutiline ultrahelipuhastus etanoolis, et eemaldada proovi pinnalt saasteained, nagu õli ja rooste. Külmpihustamiseks kasutatav titaanpulber on Ti-01, mida toodab Guangdongi Teaduste Akadeemia Uute Materjalide Instituut ja mille osakeste suurus on 50-100 μm. Pärast sõelumist küpsetatakse titaanipulbrit 120 kraadi juures 30 minutit, et vähendada niiskuse mõju katte kvaliteedile. Külmpihustusseade valmis PCS1000-l, mida tootis Plasma Giken Jaapanis.
Proovi lõikamiseks kasutage elektrilahendustraadi lõikemasinat mikrostruktuuri iseloomustamiseks ja ristlõike koostise analüüsimiseks. Metallograafilised proovid valmistatakse mehaaniliste lihvimis- ja poleerimismeetoditega. Söövitusainena kasutatakse lämmastikhappe etanoolilahust mahusuhtega 1:19. Mikrostruktuurilisi omadusi iseloomustati EDS-iga varustatud OM-i (Leica DVM6M) ja SEM-i (Phenom ProX) abil. Metallograafiliste proovide mikroskoopiline uurimine
Kõvadust mõõdeti Vickersi mikrokõvaduse testeriga, mille viibimisaeg oli 10 sekundit ja koormus 500 g. Mõõtmised tehti iga 0,4 mm järel kattepinnast aluspinnani. Hõõrde- ja kulumistestiks kasutatakse kiiret edasi-tagasi hõõrdumise ja kulumise testimismasinat, mille koormus on 20 N, aeg 10 minutit, sagedus 1 Hz, katse pikkus 10 mm ja hõõrdeteguriks GCr15 teraskuulid. paar. Enne elektrokeemilist testimist suletakse proov epoksüvaiguga, poleeritakse metallograafilise liivapaberiga pinnaoksiidide eemaldamiseks, puhastatakse etanooli ja puhta veega ning lõpuks kuivatatakse kuuma õhuga, et saada puhas kattepind. Katse viiakse läbi toatemperatuuril. Katsekeskkonnaks on simuleeritud merevee lahus (3,5% NaCl), kasutades kolme elektroodi süsteemi. Proov on tööelektrood, vastuelektrood on plaatinaplaat ja võrdluselektrood on küllastunud kalomelelektrood (SCE). Elektrokeemilise impedantsi spektroskoopiat testiti elektrokeemilises tööjaamas (CHI760E) avatud ahela potentsiaaliga, katsesagedusega 105–10-2 Hz ja häirepotentsiaaliga 10 mV. Soolapihustustestiks kasutatakse ettevõtte China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. soolapihustuskorrosiooni katsemasinat (EASS-100). Atmosfääris korrosioonikatse – soolapihustustesti (GB 10125-1997) kohaselt on katselahus massiosa järgi 5% NaCl lahus ja pihustuskasti temperatuur on 35 kraadi.
3. Gaasi rõhu ja temperatuuri mõju pulbri söötmise ajal titaankatete mikrostruktuurile ja morfoloogiale
Külmpihustusprotsessi üheks oluliseks parameetriks on pihustatud osakeste kriitiline kiirus enne nende kokkupõrget aluspinnaga. Antud maatriksmaterjali puhul on olemas kriitiline kiirus, mille juures saab katte moodustamiseks sadestada ainult kriitilisest kiirusest suurema kiirusega osakesi, samas kui kriitilisest kiirusest väiksema kiirusega osakesed põrkuvad katte moodustamiseks tagasi. Külmapihustusosakeste kriitiline kiirus sõltub sellistest teguritest nagu materjali tihedus, sulamistemperatuur, maksimaalne tõmbetugevus ja osakeste algtemperatuur. Külmpihustusprotsessi ajal on metallid nagu Cu, Zn ja Al altid osakeste suurele plastilisele deformatsioonile, mille tulemuseks on tihedad katted. Kuid Ti on selle kõrge sulamistemperatuuri tõttu raske saada tihedaid katteid külmpihustamise deformatsiooni-sadestamise teooria abil. Asjakohased uuringud on aga näidanud, et pulbri toitegaasi temperatuuri ja rõhu tõstmine võib tõhusalt vähendada katte poorsust. Katte poorsus on selle kaitsevõimet mõjutav võtmetegur. Seadmete lubatud piires uuris autor pulbri toitegaasi temperatuuri ja rõhu mõju titaankatte mikrostruktuurile.
Joonisel 2 on näidatud titaankatte proovide metallograafiline morfoloogia, mis on valmistatud pulbri toitegaasi rõhu ja temperatuuri parameetrite erinevates kombinatsioonides. Tänu sellele, et külmpihustamine kuulub tahkissadestamise meetodisse, avaldab see substraadile vähe termilist mõju ja osakesed ei sula sadestamise protsessis. Seetõttu on aluspinna titaanplaat ja terasplaat terved ning titaankatteid saab valmistada uuritava pulbri toitegaasi temperatuuri- ja rõhuvahemikus. Jooniselt 2 on näha, et pulbri toitegaasi rõhk ja temperatuur mõjutavad katte paksust vähe. Sama pihustusaja jooksul mitmel tingimusel valmistatud katte paksus on võrreldav, keskmise paksusega 2,70 mm. Pulbrigaasi parameetritel on aga oluline mõju külmpihustatud titaankatete struktuurile.
Järeldus
1) Pulbri toitegaasi temperatuuri ja rõhu tõstmine külmpihustusprotsessi ajal mitte ainult ei aita vähendada katte poorsust ja parandada selle tihedust, vaid pärsib ka kattekihi delaminatsiooni ja tugevdab katte sisemist sidet. Kui pulbri toitegaasi temperatuuri ja rõhku tõsteti vastavalt 800 kraadilt ja 3 MPa-lt 900 kraadini ja 5 MPa-ni, vähenes katte poorsus 4,25%-lt 1,14%-le.
2) Kuna titaankatete külmpihustamisel ettevalmistamisel oli pulbri toitegaasi madal temperatuur, ei täheldatud valmistatud titaankatetes, mis koosnevad peamiselt metallilisest Ti-st, olulist oksüdeerumist. Samal ajal on kõrgema pulbri toitegaasi temperatuuri ja rõhu tingimustes (900 kraadi ja 5 MPa) titaanterasest komposiitplaadi poolel olev titaankate substraadiga hästi ühilduv ja ühtse koostise tõttu puudub ilmne liides; Titaankatte ja terasplaadi vaheline liides on selge ning olulist elementide omavahelist hajumist ei esine.
3) Pulbri toitegaasi temperatuuri või rõhu tõstmine külmpihustusprotsessi ajal on kasulik plastilise deformatsiooni tugevdamiseks, katte tiheduse parandamiseks ja seega katte mikrokõvaduse ja kulumiskindluse suurendamiseks. Titaankatte, mis valmistati hõõrdepaarina GCr15, pulbri toitegaasi rõhuga 5 MPa ja temperatuuril 900 kraadi, kulumiskiirus oli 0,32 × 10-3mm3/(N · m) pärast 10-minutilist kulumist 20 N koormuse all.
4) Titaanterasest komposiitplaadi otspinnale valmistatud külmpihustatud titaankate on hea korrosioonikindlusega. Pärast 1000 tundi kestnud neutraalset soolapihustuskatset on kate terve ja pinnal ei ole ilmset roostekorrosiooni, mis näitab, et titaankate takistab tõhusalt söövitavate osakeste tungimist aluspinnasse, parandades seeläbi oluliselt titaanterasest komposiitplaadi tööomadusi. merekeskkonnas
