Trong lĩnh vực kỹ thuật và bảo trì hàng hải, độ bền của các bộ phận hàng hải phải đối mặt với thách thức ghê gớm dưới dạng xói mòn ở nhiệt độ cao. Vấn đề này hạn chế đáng kể tuổi thọ hoạt động của các bộ phận tàu. Để giải quyết mối lo ngại này, một kỹ thuật xử lý mới đã được nghiên cứu để tăng cường khả năng chống xói mòn của hợp kim titan dùng cho hàng hải. Trọng tâm của nghiên cứu này xoay quanh các phương pháp xử lý phức tạp áp dụng cho hợp kim titan, kết hợp với việc lắng đọng lớp phủ crom trên bề mặt của chúng để tăng cường khả năng chống xói mòn nhiệt.
Sự tiến bộ không ngừng của công nghệ kỹ thuật hàng hải đã làm tăng yêu cầu về hiệu suất đối với các bộ phận của tàu. Hợp kim titan, nổi tiếng với tính chất cơ học đặc biệt và khả năng chống ăn mòn, giữ vai trò then chốt trong chế tạo hải quân. Tuy nhiên, thách thức dai dẳng về xói mòn ở nhiệt độ cao trong môi trường biển tiếp tục cản trở việc ứng dụng rộng rãi chúng. Để chống lại rào cản này, một phương pháp xử lý tiên tiến đã được sử dụng để xử lý bề mặt hợp kim titan, sau đó là ứng dụng lớp phủ crom, nhằm tăng cường khả năng chống xói mòn của chúng.
Phương pháp chế biến và chuẩn bị nguyên liệu
Xử lý lớp phủ crom: Kỹ thuật mạ ion hồ quang tiên tiến được tận dụng để lắng đọng lớp phủ crom trên các mẫu hợp kim titan đã chuẩn bị. Bằng cách kiểm soát tỉ mỉ các thông số như mức chân không (6×10^-3 Pa), nhiệt độ (300 độ ), áp suất NH3 (23 Pa) và điện áp phân cực (8001000 V), lớp phủ crom có mật độ dày đặc đồng đều, với thời gian lắng đọng từ 10 đến 20 phút.
Thí nghiệm xói mòn bằng laser và phân tích kết quả
Xử lý chất nền hợp kim titan: Kỹ thuật cắt dây chính xác được sử dụng để phân chia vật liệu titan thô thành các mẫu tiêu chuẩn có kích thước 2 cm × 1 cm × 0,5 cm. Sau đó, quy trình đánh bóng sử dụng 1500-giấy nhám được thực hiện, đạt đến đỉnh cao là lớp hoàn thiện giống như gương đạt được nhờ hợp chất đánh bóng. Sau đó, làm sạch bằng siêu âm được sử dụng để loại bỏ các tạp chất trên bề mặt, đảm bảo bề mặt của chất nền mịn màng hoàn hảo.
Xử lý lớp phủ crom: Kỹ thuật mạ ion hồ quang tiên tiến được tận dụng để lắng đọng lớp phủ crom trên các mẫu hợp kim titan đã chuẩn bị. Bằng cách kiểm soát tỉ mỉ các thông số như mức chân không (6×10^-3 Pa), nhiệt độ (300 độ ), áp suất NH3 (23 Pa) và điện áp phân cực (8001000 V), lớp phủ crom có mật độ dày đặc đồng đều, với thời gian lắng đọng từ 10 đến 20 phút.
Thí nghiệm xói mòn bằng laser và phân tích kết quả
Để đánh giá khả năng chống xói mòn của hợp kim titan và lớp phủ crom đã qua xử lý, một loạt thí nghiệm ăn mòn bằng laser đã được nghĩ ra. Sử dụng tia laser có độ rộng xung dài được chế tạo tùy chỉnh (model FLK-TIX6409Hz) và điều chỉnh năng lượng và tần số xung, các thí nghiệm mô phỏng quá trình xói mòn mà các bộ phận của tàu gặp phải trong điều kiện nhiệt độ cao. Kết quả chỉ ra rằng chất nền hợp kim titan chưa được xử lý có các vết xói mòn sâu và rộng dưới sự ăn mòn bằng tia laser, với các vùng trung tâm nhẵn nhưng có nhiều vết nứt và tích tụ oxit dày dọc theo các cạnh. Ngược lại, hợp kim titan với lớp phủ crom thể hiện khả năng chống xói mòn vượt trội trong các điều kiện giống nhau, cho thấy các hố xói mòn nông hơn, giảm sự hình thành vết nứt và giảm đáng kể sự tích tụ oxit.
Phân tích hình thái kính hiển vi và thành phần của các bề mặt bị xói mòn được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDAX) cho thấy lớp phủ crom bảo vệ hiệu quả các chất nền hợp kim titan khỏi sự xói mòn oxy hóa trực tiếp bởi oxy ở nhiệt độ cao, từ đó hạn chế phản ứng oxy hóa và tăng cường khả năng chống xói mòn tổng thể của vật liệu.
Các kỹ thuật xử lý tiên tiến áp dụng cho hợp kim titan, kết hợp với lớp phủ crom, mở ra một lộ trình đầy hứa hẹn nhằm củng cố các bộ phận hàng hải trước thực tế khắc nghiệt của tình trạng xói mòn ở nhiệt độ cao trong môi trường hàng hải. Nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ vai trò then chốt của xử lý bề mặt trong việc tăng cường độ bền vật liệu mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của các giải pháp phù hợp trong việc vượt qua ranh giới của khả năng phục hồi kỹ thuật hàng hải.
