מחקר על עמידות לאבלציה של סגסוגות טיטניום ימיות וציפויי כרום לאחר עיבוד

בייצור ותחזוקה של כלי שיט ימיים, רכיבים ימיים נתונים לסביבות הפעלה קיצוניות, במיוחד האתגר של אבלציה בטמפרטורה גבוהה, המגביל מאוד את חיי השירות שלהם. מאמר זה מתמקד בשיטת עיבוד חדשנית שמטרתה לשפר את עמידות האבלציה של חומרי סגסוגת טיטניום על ידי טיפול בהם בשכבת כרום על פני השטח שלהם בתהליך ספציפי. באמצעות ניסויי אבלציה בלייזר המדמים את סביבת העבודה בפועל של ספינה, אנו חוקרים ביסודיות את ההשפעות של טיפול עיבוד זה על המאפיינים של סגסוגות טיטניום וציפוי כרום.
עם ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית ההנדסה הימית, דרישות הביצועים לרכיבי ספינה נעשות מחמירות יותר ויותר. סגסוגת טיטניום, עם תכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני קורוזיה, תופסת עמדה חשובה בבניית ספינות. עם זאת, אבלציה בטמפרטורה גבוהה בסביבה הימית היא עדיין אתגר גדול שמגביל את היישום שלה. על מנת לעמוד באתגר זה, אימצנו טכנולוגיית עיבוד מתקדמת לטיפול על פני השטח של סגסוגות טיטניום עם ציפוי כרום, במטרה לשפר את עמידותן בפני קורוזיה אבלטיבית.

שיטת עיבוד והכנת חומר עיבוד מצע מסגסוגת טיטניום: נעשה שימוש בטכנולוגיית חיתוך חוט מדויק כדי לחתוך את חומר הגלם מסגסוגת טיטניום לדגימות בגודל סטנדרטי (2 ס"מ × 1 ס"מ × 0.5 ס"מ). לאחר מכן, הוא עבר ליטוש באמצעות נייר זכוכית בגרסת 1500, לאחר מכן ליטוש עם משחת שוחקת לאפקט מראה, ולבסוף נוקה בגל קולי כדי להסיר זיהומים פני השטח כדי להבטיח את גימור פני השטח של המצע. עיבוד ציפוי כרום: ציפוי כרום הופקד על פני השטח של דגימות סגסוגת טיטניום שהוכנו באמצעות טכנולוגיית ציפוי יוני קשת מתקדמת. על ידי שליטה מדויקת בוואקום (6×10^-3 Pa), הטמפרטורה (300 מעלות), לחץ NH3 (2~3 Pa) ומתח ההטיה (800~1000 V), ציפוי הכרום הובטח להיות אחיד וצפוף, וזמן התצהיר נשלט על 10 ~ 20 דקות. ניסויי אבלציה בלייזר וניתוח תוצאות על מנת להעריך את עמידות האבלציה של סגסוגת הטיטניום המעובדת וציפוי הכרום, תכננו סדרה של ניסויי אבלציה בלייזר. הניסויים השתמשו בלייזר ברוחב פולסים ארוך תוצרת בית (דגם FLK-TIX6409Hz) כדי לדמות את תהליך האבלציה של חלקי ספינה בסביבה בטמפרטורה גבוהה על ידי התאמת אנרגיית הדופק ומספר הפולסים. תוצאות הניסוי מראות שלמצע סגסוגת טיטניום לא מטופל יש מכתשי אבלציה גדולים ועמוקים על פני השטח תחת אבלציה בלייזר, עם מספר רב של סדקים באזור המרכז אם כי חלק, והצטברות תחמוצת עבה באזור הקצה. לעומת זאת, השכבה המצופה בכרום על פני סגסוגת הטיטניום המעובדת הראתה עמידות מעולה לאבלציה באותם תנאים, עם בורות אבלציה רדודים יותר ופחות סדקים, והצטברות תחמוצת פחותה משמעותית.
באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM) ומיקרו-מורפולוגיה של פיזור אנרגיה (EDAX) וניתוח קומפוזיציה של המשטחים המובטלים, מצאנו שציפוי הכרום חסם למעשה את השחיקה הישירה של חמצן בטמפרטורה גבוהה על מצע סגסוגת הטיטניום והפחית את ההתרחשות של תגובות חמצון, ובכך לשפר את תכונות העמידות הכלליות לאבלציה של החומר.