لقد حظيت الألواح المركبة المصنوعة من فولاذ التيتانيوم باهتمام واسع النطاق في مجالات البترول والكيماويات والطاقة والهندسة البحرية في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصها الميكانيكية الممتازة للصلب ومقاومة التيتانيوم للتآكل. ومع ذلك، عندما يتم تطبيق الألواح المركبة من فولاذ التيتانيوم في البيئات البحرية القاسية، فإن وجوهها النهائية تتعرض للتآكل الجلفاني بسبب الفرق المحتمل بين التيتانيوم والفولاذ، مما يؤدي إلى تدهور أدائها أثناء الخدمة الفعلية. ولذلك، فإن اعتماد الطرق المناسبة للمعالجة الوقائية للوجه النهائي للألواح المركبة من فولاذ التيتانيوم له أهمية وقيمة كبيرة. لكن في الوقت الحاضر، لا توجد تقارير ذات صلة تقريبًا. تركز المزيد من الأبحاث على تحضير الطلاءات على سطح ألواح التيتانيوم أو الفولاذ لتحسين أداء خدمة الركيزة، بما في ذلك الرش الحراري والكسوة بالليزر. تتميز عملية الرش الحراري بالكفاءة العالية والمرونة والتشغيل البسيط، ولكن نظرًا لنطاق درجة الحرارة الواسع لمصدر الحرارة، تكون العيوب مثل المسام عرضة لحدوث الطلاء، ويكون الضغط الحراري المتبقي كبيرًا نسبيًا.
1. تحضير طلاء التيتانيوم
المادة الأساسية عبارة عن لوح مركب من فولاذ التيتانيوم تم تصنيعه بواسطة Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. باستخدام طريقة التشكيل بالفراغ. يبلغ سمك لوحة التيتانيوم 1.80 مم، بينما يبلغ سمك اللوحة الفولاذية 10.20 مم، كما هو موضح في الشكل 1. قبل تحضير طلاء التيتانيوم، استخدم ورق الصنفرة 220 #، 360 #، 600 #، 800 #، 1000 #، و2000 # SiC ل تلميع الركيزة في التسلسل، تليها التنظيف بالموجات فوق الصوتية في الإيثانول لمدة 10 دقائق لإزالة الملوثات مثل النفط والصدأ على سطح العينة. مسحوق التيتانيوم المستخدم في الرش البارد هو Ti-01 الذي ينتجه معهد المواد الجديدة، أكاديمية قوانغدونغ للعلوم، بحجم جسيم يبلغ 50-100 ميكرومتر. بعد الغربلة، يتم خبز مسحوق التيتانيوم عند درجة حرارة 120 درجة لمدة 30 دقيقة لتقليل تأثير الرطوبة على جودة الطلاء. تم الانتهاء من معدات الرش البارد على PCS1000 الذي تنتجه شركة Plasma Giken في اليابان.
استخدم آلة قطع أسلاك التفريغ الكهربائي لقطع العينة لتوصيف البنية المجهرية وتحليل تكوين المقطع العرضي. يتم تحضير العينات المعدنية بطرق الطحن والتلميع الميكانيكية. يتم استخدام محلول إيثانول حمض النيتريك بنسبة حجم 1:19 كأداة للنقش. تم تمييز ميزات البنية المجهرية باستخدام OM (Leica DVM6M) وSEM (Phenom ProX) المجهزين بـ EDS. الفحص المجهري للعينات المعدنية
تم قياس الصلابة باستخدام جهاز اختبار الصلابة الدقيقة Vickers بزمن بقاء قدره 10 ثانية وحمل 500 جم. تم أخذ القياسات كل 0.4 مم من سطح الطلاء إلى الركيزة. يعتمد اختبار الاحتكاك والتآكل آلة اختبار الاحتكاك والتآكل الترددية عالية السرعة، بحمل 20 نيوتن، لمدة 10 دقائق، تردد 1 هرتز، طول اختبار 10 مم، وكرات فولاذية GCr15 كاحتكاك. زوج. قبل الاختبار الكهروكيميائي، يتم إغلاق العينة براتنج الإيبوكسي، وصقلها بورق الصنفرة المعدني لإزالة أكاسيد السطح، وتنظيفها بالإيثانول والماء النقي، وأخيراً تجفيفها بالهواء الساخن للحصول على سطح طلاء نظيف. يتم إجراء التجربة في درجة حرارة الغرفة. الوسط التجريبي عبارة عن محلول مياه البحر المحاكى (3.5% كلوريد الصوديوم)، باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب الكهربائية. العينة هي القطب العامل، والقطب المضاد عبارة عن لوحة بلاتينية، والقطب المرجعي هو قطب كالوميل مشبع (SCE). تم اختبار التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية على محطة عمل كهروكيميائية (CHI760E) عند جهد دائرة مفتوحة، مع تردد اختبار يبلغ 105~10-2} هرتز وتطبيق إمكانات اضطراب تبلغ 10 مللي فولت. يتم استخدام آلة اختبار التآكل برذاذ الملح (EASS-100) التابعة لشركة China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. لاختبار رش الملح. وفقًا لاختبار التآكل في الغلاف الجوي - اختبار رش الملح (GB 10125-1997)، فإن محلول الاختبار هو محلول NaCl بنسبة 5% بالكسر الكتلي، وتكون درجة الحرارة في صندوق الرش 35 درجة.
3. تأثير ضغط الغاز ودرجة الحرارة أثناء تغذية المسحوق على البنية المجهرية ومورفولوجية طلاءات التيتانيوم
إحدى العوامل المهمة في عملية الرش البارد هي السرعة الحرجة للجزيئات المرشوشة قبل اصطدامها بالركيزة. بالنسبة لمادة مصفوفة معينة، توجد سرعة حرجة يمكن عندها فقط ترسيب الجسيمات ذات السرعة الأكبر من السرعة الحرجة لتكوين طبقة، في حين أن الجسيمات ذات السرعة الأقل من السرعة الحرجة سوف ترتد مرة أخرى لتشكل الطبقة. تعتمد السرعة الحرجة لجزيئات الرش البارد على عوامل مثل كثافة المادة، ونقطة الانصهار، وقوة الشد النهائية، ودرجة حرارة الجسيمات الأولية. أثناء عملية الرش البارد، تكون المعادن مثل Cu وZn وAl عرضة للتشوه البلاستيكي الكبير للجسيمات، مما يؤدي إلى طبقات كثيفة. ومع ذلك، يصعب الحصول على Ti، بسبب نقطة انصهاره العالية، طلاءات كثيفة من خلال نظرية ترسيب التشوه الاصطدامي للرش البارد. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات ذات الصلة أن زيادة درجة الحرارة والضغط لغاز تغذية المسحوق يمكن أن يقلل بشكل فعال من مسامية الطلاء. تعتبر مسامية الطلاء عاملاً رئيسياً يؤثر على أدائها الوقائي. ضمن النطاق المسموح به للمعدات، قام المؤلف بدراسة تأثير درجة الحرارة والضغط لغاز تغذية المسحوق على البنية المجهرية لطلاء التيتانيوم.
ويبين الشكل 2 مورفولوجية دراسة المعادن لعينات طلاء التيتانيوم المحضرة تحت مجموعات مختلفة من معلمات ضغط غاز تغذية المسحوق ودرجة الحرارة. نظرًا لأن الرش البارد ينتمي إلى طريقة الترسيب في الحالة الصلبة، فإن تأثيره الحراري ضئيل على الركيزة، ولا تذوب الجزيئات أثناء عملية الترسيب. ولذلك، فإن لوحة التيتانيوم واللوحة الفولاذية على جانب الركيزة سليمة، ويمكن تحضير طلاءات التيتانيوم ضمن نطاق درجة الحرارة والضغط لغاز تغذية المسحوق الذي تمت دراسته. من الشكل 2، يمكن ملاحظة أن ضغط ودرجة حرارة غاز تغذية المسحوق لهما تأثير ضئيل على سمك الطلاء. سمك الطلاء المحضر تحت ظروف متعددة خلال نفس وقت الرش قابل للمقارنة، بمتوسط سمك 2.70 ملم. ومع ذلك، فإن معلمات غاز تغذية المسحوق لها تأثير كبير على هيكل طلاءات التيتانيوم المرشوشة على البارد.
خاتمة
1) إن زيادة درجة حرارة وضغط غاز تغذية المسحوق أثناء عملية الرش البارد لا تساعد فقط على تقليل مسامية الطلاء وتحسين كثافته، ولكنها تمنع أيضًا تشقق الطلاء وتقوي الترابط الداخلي للطلاء. عندما تمت زيادة درجة حرارة وضغط غاز تغذية المسحوق من 800 درجة و3 ميجا باسكال إلى 900 درجة و5 ميجا باسكال، على التوالي، انخفضت مسامية الطلاء من 4.25% إلى 1.14%.
2) نظرًا لانخفاض درجة حرارة غاز تغذية المسحوق أثناء تحضير الرش البارد لطلاءات التيتانيوم، لم تتم ملاحظة أي أكسدة كبيرة في طلاءات التيتانيوم المحضرة، والتي تتكون بشكل أساسي من معدن Ti. في الوقت نفسه، في ظل ظروف درجة حرارة وضغط غاز تغذية المسحوق الأعلى (900 درجة و5 ميجاباسكال)، يتمتع طلاء التيتانيوم الموجود على جانب اللوحة المركبة من فولاذ التيتانيوم بتوافق جيد مع الركيزة ولا توجد واجهة واضحة بسبب التركيب المتسق؛ الواجهة بين طلاء التيتانيوم واللوحة الفولاذية واضحة، ولا يوجد انتشار كبير للعناصر.
3) إن زيادة درجة الحرارة أو الضغط لغاز تغذية المسحوق أثناء عملية الرش البارد مفيد لتعزيز تشوه البلاستيك، وتحسين كثافة الطلاء، وبالتالي تعزيز الصلابة الدقيقة ومقاومة التآكل للطلاء. أظهر طلاء التيتانيوم المحضر باستخدام GCr15 كزوج احتكاك، مع ضغط غاز تغذية المسحوق بمقدار 5 ميجا باسكال ودرجة حرارة 900 درجة، معدل تآكل قدره 0.32 × 10-3mm3/(N · م) بعد 10 دقائق من التآكل تحت حمل 20 نيوتن.
4) طلاء التيتانيوم المرشوش على البارد المحضر على الوجه النهائي للوحة المركبة من فولاذ التيتانيوم لديه مقاومة جيدة للتآكل. بعد 1000 ساعة من اختبار رش الملح المحايد، يكون الطلاء سليمًا ولا يوجد تآكل صدأ واضح على السطح، مما يشير إلى أن طلاء التيتانيوم يمنع بشكل فعال الجزيئات المسببة للتآكل من اختراق الركيزة، وبالتالي تحسين أداء الخدمة بشكل كبير للوحة المركبة من فولاذ التيتانيوم. في البيئة البحرية
