في مجال الهندسة البحرية والصيانة، تواجه متانة المكونات البحرية تحديًا هائلاً يتمثل في التآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية-. تقيد هذه المشكلة بشكل كبير العمر التشغيلي لأجزاء السفينة. لمعالجة هذه المشكلة-مباشرة، تم دراسة تقنية معالجة جديدة لتعزيز مقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم من الدرجة البحرية-. تدور النقطة المحورية في هذه الدراسة حول طرق المعالجة المعقدة المطبقة على سبائك التيتانيوم، إلى جانب ترسيب طلاءات الكروم على أسطحها لتعزيز مقاومتها للتآكل الحراري.
أدى التقدم المستمر في تقنيات الهندسة البحرية إلى تضخيم متطلبات الأداء المفروضة على مكونات السفينة. تلعب سبائك التيتانيوم، المشهورة بخصائصها الميكانيكية الاستثنائية ومقاومتها للتآكل، دورًا محوريًا في البناء البحري. ومع ذلك، فإن التحدي المستمر المتمثل في التآكل الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة-في البيئات البحرية لا يزال يعيق تطبيقها على نطاق واسع. للتغلب على هذه العقبة، تم استخدام نهج معالجة متقدم لمعالجة سبائك التيتانيوم على السطح، يليه تطبيق طلاءات الكروم، بهدف زيادة قدراتها على مقاومة التآكل.
منهجية المعالجة وإعداد المواد
معالجة طلاء الكروم: يتم الاستفادة من تقنيات الطلاء الأيوني القوسي المتقدمة لترسيب طبقات الكروم على عينات سبائك التيتانيوم المحضرة. من خلال التحكم الدقيق في المعلمات مثل مستوى الفراغ (6×10^-3 باسكال)، ودرجة الحرارة (300 درجة)، وضغط NH3 (23 باسكال)، والجهد التحيز (8001000 فولت)، تكون طبقات الكروم كثيفة بشكل موحد، مع أوقات ترسيب تتراوح بين 10 إلى 20 دقيقة.
تجربة التآكل بالليزر وتحليل النتائج
معالجة ركيزة سبائك التيتانيوم: يتم استخدام تقنيات قطع الأسلاك الدقيقة لتقسيم مواد التيتانيوم الخام إلى عينات موحدة بقياس 2 سم × 1 سم × 0.5 سم. وبعد ذلك، يتم تنفيذ إجراء تلميع يستخدم 1500-ورق صنفرة حبيبي، ويصل إلى ذروته في شكل نهائي يشبه المرآة يتم تحقيقه من خلال مركبات التلميع. يتم بعد ذلك استخدام التنظيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة الشوائب السطحية، مما يضمن أن سطح الركيزة أملس تمامًا.
معالجة طلاء الكروم: يتم الاستفادة من تقنيات الطلاء الأيوني القوسي المتقدمة لترسيب طبقات الكروم على عينات سبائك التيتانيوم المحضرة. من خلال التحكم الدقيق في المعلمات مثل مستوى الفراغ (6×10^-3 باسكال)، ودرجة الحرارة (300 درجة)، وضغط NH3 (23 باسكال)، والجهد التحيز (8001000 فولت)، تكون طبقات الكروم كثيفة بشكل موحد، مع أوقات ترسيب تتراوح بين 10 إلى 20 دقيقة.
تجربة التآكل بالليزر وتحليل النتائج
لتقييم مقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم المعالجة وطلاءات الكروم، تم تصميم سلسلة من تجارب التآكل بالليزر. باستخدام -ليزر عرض النبض-الطويل-المخصص (نموذج FLK-TIX6409 هرتز) وضبط طاقة النبض والتردد، تحاكي التجارب عملية التآكل التي تتعرض لها مكونات السفينة تحت ظروف درجة الحرارة العالية-. تشير النتائج إلى أن ركائز سبائك التيتانيوم غير المعالجة تظهر حفر تآكل عميقة وواسعة النطاق تحت تآكل الليزر، مع مناطق مركزية ملساء ولكنها متصدعة -، وتراكمات سميكة من الأكسيد على طول الحواف. في المقابل، تُظهر سبائك التيتانيوم المطلية بالكروم مقاومة فائقة للتآكل في ظل ظروف مماثلة، حيث تعرض حفر تآكل أقل عمقًا، وتكوينات شقوق منخفضة، وتراكمات أكسيد متضائلة بشكل كبير.
كشفت التحاليل المجهرية والتركيبية للأسطح المتآكلة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDAX) أن طلاءات الكروم تحمي بشكل فعال ركائز سبائك التيتانيوم من التآكل التأكسدي المباشر بواسطة الأكسجين ذي درجة الحرارة العالية-، وبالتالي الحد من تفاعلات الأكسدة وتعزيز مقاومة التآكل الشاملة للمواد.
تمثل تقنيات المعالجة المبتكرة المطبقة على سبائك التيتانيوم، إلى جانب طبقات الطلاء بالكروم، طريقًا واعدًا لتحصين المكونات البحرية ضد الواقع القاسي المتمثل في التآكل الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة في البيئات البحرية. لا يلقي هذا البحث الضوء على الدور المحوري للمعالجات السطحية في تعزيز متانة المواد فحسب، بل يؤكد أيضًا على أهمية الحلول المصممة خصيصًا في دفع حدود مرونة الهندسة البحرية.
