Los paneles compuestos de acero de titanio han recibido amplia atención en los campos de la ingeniería petrolera, química, energética y marina en los últimos años debido a las excelentes propiedades mecánicas del acero y la resistencia a la corrosión del titanio. Sin embargo, cuando las placas compuestas de acero de titanio se aplican en entornos marinos hostiles, sus caras extremas sufren corrosión galvánica debido a la diferencia de potencial entre el titanio y el acero, lo que deteriora su rendimiento durante el servicio real. Por lo tanto, adoptar métodos apropiados para el tratamiento protector de la cara extrema de las placas compuestas de acero de titanio es de gran importancia y valor. Pero por el momento casi no hay informes relevantes. Más investigaciones se centran en la preparación de recubrimientos en la superficie de placas de titanio o acero para mejorar el rendimiento del sustrato, incluyendo principalmente la pulverización térmica y el revestimiento láser. El proceso de pulverización térmica tiene una alta eficiencia, un funcionamiento flexible y sencillo, pero debido al amplio rango de temperatura de su fuente de calor, es probable que se produzcan defectos como poros en el revestimiento y la tensión térmica residual es relativamente grande.
1. Preparación del recubrimiento de titanio.
El material del sustrato es una placa compuesta de acero de titanio fabricada por Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. utilizando el método de conformado al vacío. La placa de titanio tiene un espesor de 1,80 mm y la placa de acero tiene un espesor de 10,20 mm, como se muestra en la Figura 1. Antes de preparar el recubrimiento de titanio, use papel de lija SiC 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # y 2000 # para Pulir el sustrato en secuencia, seguido de limpieza ultrasónica en etanol durante 10 minutos para eliminar contaminantes como aceite y óxido en la superficie de la muestra. El polvo de titanio utilizado para la pulverización en frío es Ti-01 producido por el Instituto de Nuevos Materiales de la Academia de Ciencias de Guangdong, con un tamaño de partícula de 50-100 μ m. Después del tamizado, el polvo de titanio se hornea a 120 grados durante 30 minutos para reducir el impacto de la humedad en la calidad del recubrimiento. El equipo de pulverización en frío se completó con un PCS1000 producido por Plasma Giken en Japón.
Utilice una máquina cortadora de alambre de descarga eléctrica para cortar la muestra para la caracterización de la microestructura y el análisis de la composición de la sección transversal. Las muestras metalográficas se preparan mediante métodos mecánicos de esmerilado y pulido. Como agente decapante se utiliza una solución de ácido nítrico y etanol con una proporción de volumen de 1:19. Las características microestructurales se caracterizaron utilizando OM (Leica DVM6M) y SEM (Phenom ProX) equipados con EDS. Examen microscópico de muestras metalográficas.
La dureza se midió utilizando un microdurómetro Vickers con un tiempo de residencia de 10 segundos y una carga de 500 g. Se tomaron medidas cada 0,4 mm desde la superficie del recubrimiento hasta el sustrato. La prueba de fricción y desgaste adopta una máquina de prueba de desgaste y fricción alternativa de alta velocidad, con una carga de 20 N, un tiempo de 10 minutos, una frecuencia de 1 Hz, una longitud de prueba de 10 mm y bolas de acero GCr15 como prueba de fricción. par. Antes de la prueba electroquímica, la muestra se sella con resina epoxi, se pule con papel de lija metalográfico para eliminar los óxidos de la superficie, se limpia con etanol y agua pura y finalmente se seca con aire caliente para obtener una superficie de revestimiento limpia. El experimento se lleva a cabo a temperatura ambiente. El medio experimental es una solución de agua de mar simulada (3,5% NaCl), utilizando un sistema de tres electrodos. La muestra es el electrodo de trabajo, el contraelectrodo es una placa de platino y el electrodo de referencia es un electrodo de calomelanos saturados (SCE). La espectroscopia de impedancia electroquímica se probó en una estación de trabajo electroquímica (CHI760E) a un potencial de circuito abierto, con una frecuencia de prueba de 105~10-2Hz y un potencial de perturbación de 10 mV aplicado. Para la prueba de niebla salina se utiliza la máquina de prueba de corrosión por niebla salina (EASS-100) del China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. Según la prueba de corrosión en atmósfera - prueba de niebla salina (GB 10125-1997), la solución de prueba es una solución de NaCl al 5 % por fracción de masa y la temperatura en la caja de pulverización es de 35 grados.
3.La influencia de la presión y la temperatura del gas durante la alimentación del polvo en la microestructura y morfología de los recubrimientos de titanio.
Uno de los parámetros importantes en el proceso de pulverización en frío es la velocidad crítica de las partículas pulverizadas antes de que choquen con el sustrato. Para un material de matriz dado, existe una velocidad crítica a la cual sólo las partículas con una velocidad mayor que la velocidad crítica pueden depositarse para formar un recubrimiento, mientras que las partículas con una velocidad menor que la velocidad crítica rebotarán para formar el recubrimiento. La velocidad crítica de las partículas de pulverización en frío depende de factores como la densidad del material, el punto de fusión, la resistencia máxima a la tracción y la temperatura inicial de las partículas. Durante el proceso de pulverización en frío, metales como Cu, Zn y Al son propensos a sufrir una gran deformación plástica de las partículas, lo que da como resultado recubrimientos densos. Sin embargo, debido a su alto punto de fusión, es difícil obtener recubrimientos densos mediante la teoría de deposición por deformación por colisión de la pulverización en frío. Sin embargo, estudios relevantes han demostrado que aumentar la temperatura y la presión del gas de alimentación del polvo puede reducir efectivamente la porosidad del recubrimiento. La porosidad del recubrimiento es un factor clave que afecta su desempeño protector. Dentro del rango permitido del equipo, el autor investigó la influencia de la temperatura y la presión del gas de alimentación del polvo en la microestructura del recubrimiento de titanio.
La Figura 2 muestra la morfología metalográfica de muestras de recubrimiento de titanio preparadas bajo diferentes combinaciones de parámetros de presión y temperatura del gas de alimentación de polvo. Debido a que la pulverización en frío pertenece al método de deposición de estado sólido, tiene poco impacto térmico sobre el sustrato y las partículas no se funden durante el proceso de deposición. Por lo tanto, la placa de titanio y la placa de acero en el lado del sustrato están intactas y se pueden preparar recubrimientos de titanio dentro del rango de temperatura y presión del gas de alimentación de polvo estudiado. En la Figura 2, se puede ver que la presión y la temperatura del gas de alimentación del polvo tienen poco efecto sobre el espesor del recubrimiento. El espesor del recubrimiento preparado en varias condiciones dentro del mismo tiempo de pulverización es comparable, con un espesor medio de 2,70 mm. Sin embargo, los parámetros del gas de alimentación del polvo tienen un impacto significativo en la estructura de los recubrimientos de titanio pulverizados en frío.
Conclusión
1) Aumentar la temperatura y la presión del gas de alimentación del polvo durante el proceso de pulverización en frío no solo ayuda a reducir la porosidad del recubrimiento y mejorar su densidad, sino que también suprime la delaminación del recubrimiento y fortalece la unión interna del mismo. Cuando la temperatura y la presión del gas de alimentación del polvo aumentaron de 800 grados y 3 MPa a 900 grados y 5 MPa, respectivamente, la porosidad del recubrimiento disminuyó del 4,25 % al 1,14 %.
2) Debido a la baja temperatura del gas de alimentación del polvo durante la preparación por pulverización en frío de los recubrimientos de titanio, no se observó oxidación significativa en los recubrimientos de titanio preparados, que están compuestos principalmente de Ti metálico. Al mismo tiempo, en condiciones más altas de temperatura y presión del gas de alimentación de polvo (900 grados y 5 MPa), el recubrimiento de titanio en el lado de la placa compuesta de acero de titanio tiene buena compatibilidad con el sustrato y no tiene una interfaz obvia debido a su composición consistente; La interfaz entre el revestimiento de titanio y la placa de acero es clara y no existe una interdifusión significativa de elementos.
3) Aumentar la temperatura o presión del gas de alimentación del polvo durante el proceso de pulverización en frío es beneficioso para fortalecer la deformación plástica, mejorar la densidad del recubrimiento y, por lo tanto, mejorar la microdureza y la resistencia al desgaste del recubrimiento. El recubrimiento de titanio preparado utilizando GCr15 como par de fricción, con una presión de gas de alimentación de polvo de 5 MPa y una temperatura de 900 grados, mostró una tasa de desgaste de 0,32 × 10-3mm3/(N · m) después de 10 minutos de uso bajo una carga de 20 N.
4) El recubrimiento de titanio pulverizado en frío preparado en la cara final de la placa compuesta de acero de titanio tiene buena resistencia a la corrosión. Después de 1000 horas de prueba de niebla salina neutra, el recubrimiento está intacto y no hay corrosión por óxido evidente en la superficie, lo que indica que el recubrimiento de titanio previene eficazmente que las partículas corrosivas penetren en el sustrato, mejorando así significativamente el rendimiento de servicio de la placa compuesta de acero de titanio. en ambiente marino
