造船用チタン合金およびクロム皮膜の耐エロージョン性能に関する研究

船舶のメンテナンスでは、コンポーネントは極端な作業環境、特に耐用年数を大幅に制限する高温浸食の課題に耐える必要があります。この記事では、チタン合金材料を特定のプロセスで処理し、その表面をクロム層でコーティングして耐浸食性を高めることを目的とした革新的な処理方法に焦点を当てます。実際の船舶の作業環境を模擬したレーザーアブレーション実験を通じて、レーザーアブレーション加工がチタン合金やクロム皮膜の特性に及ぼす影響を解明してきました。海洋工学技術の継続的な進歩に伴い、船舶コンポーネントの性能要件はますます厳しくなっています。チタン合金は、その優れた機械的特性と耐食性により、造船において重要な役割を果たしています。しかし、海洋環境における高温侵食の問題は、依然としてその応用に対する大きな障害となっている。この課題に対処するために、当社はチタン合金を表面処理し、耐浸食性を高めるためにクロム層でコーティングする高度な処理技術を採用しました。

チタン合金基板処理の処理と材料準備: 精密ワイヤー切断技術を使用して、チタン合金原料を標準サイズ (2 cm × 1 cm × 0.5 cm) のサンプルに切断します。その後、サンドペーパーで研磨し、次にペーストで研磨して鏡面効果を出し、最後に超音波洗浄で表面の不純物を除去し、基板表面の平滑性を確保します。クロムコーティング処理：高度なアークイオンプレーティング技術を使用して、準備されたチタン合金サンプルの表面にクロムコーティングを堆積させます。真空度(6×10^-3Pa)、温度(300℃)、NH3圧力(2-3Pa)、バイアス電圧(800~1000V)を精密に制御することで、クロムコーティングを蒸着時間は10～20分以内に制御され、均一かつ緻密な膜が得られます。加工されたチタン合金とクロムコーティングの耐アブレーション性能を評価するために、レーザーアブレーション実験と結果分析が実施されました。私たちは一連のレーザーアブレーション実験を計画しました。実験では、自作の長パルス幅レーザー（FLK-TIX6409Hzモデル）を使用し、パルスエネルギーとパルス数を調整することで、高温環境における船舶部品のアブレーションプロセスをシミュレートしました。実験結果は、未処理のチタン合金基材がレーザーアブレーション下で表面に大きくて深いアブレーションピットを示すことを示しました。中央部は平滑であったが、多くの亀裂が生じ、端部には厚い酸化物堆積物が形成されていた。対照的に、加工されたチタン合金の表面のクロムメッキ層は、同じ条件下で優れた耐アブレーション性能を示し、アブレーションピットが浅くなり、亀裂の分布が少なくなり、酸化物の蓄積が大幅に減少します。

走査電子顕微鏡 (SEM) とアブレーション表面の微細構造と組成のエネルギー分散分光法 (EDAX) 分析を通じて、クロムコーティングが高温酸素によるチタン合金基材の直接浸食を効果的に阻止し、浸食の発生を減少させることがわかりました。酸化反応を抑制し、材料の全体的な耐アブレーション性能を向上させました。結論と展望: この研究は、革新的な加工方法によりチタン合金とクロムコーティングの耐摩耗性を改善することに成功しました。実験結果は、クロムコーティングがチタン合金基材を高温浸食から保護する上で重要な役割を果たし、船舶部品の耐用年数を大幅に延長することを示しています。今後の研究では、コーティング性能に対するさまざまな処理パラメータの影響をさらに調査し、造船業界における高性能コンポーネントに対する緊急の需要を満たすために、より高性能な保護コーティング材料を開発することができます。