Panel komposit baja titanium telah mendapat perhatian luas di bidang perminyakan, kimia, tenaga, dan teknik kelautan dalam beberapa tahun terakhir karena sifat mekanik baja yang sangat baik dan ketahanan korosi titanium. Namun, ketika pelat komposit baja titanium diterapkan di lingkungan laut yang keras, permukaan ujungnya akan mengalami korosi galvanik karena perbedaan potensial antara titanium dan baja, sehingga menurunkan kinerjanya selama servis sebenarnya. Oleh karena itu, mengadopsi metode yang tepat untuk perawatan pelindung pada permukaan ujung pelat komposit baja titanium sangatlah penting dan bernilai. Namun saat ini, hampir tidak ada laporan yang relevan. Lebih banyak penelitian difokuskan pada persiapan pelapisan pada permukaan pelat titanium atau baja untuk meningkatkan kinerja layanan substrat, terutama termasuk penyemprotan termal dan pelapisan laser. Proses penyemprotan termal memiliki efisiensi tinggi, pengoperasian yang fleksibel dan sederhana, namun karena rentang suhu sumber panasnya yang luas, cacat seperti pori-pori rentan terjadi pada lapisan, dan tekanan termal sisa relatif besar.
1. Persiapan Lapisan Titanium
Bahan substratnya adalah pelat komposit baja titanium yang diproduksi oleh Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. dengan menggunakan metode pembentukan vakum. Pelat titanium tebal 1,80 mm dan tebal pelat baja 10,20 mm, seperti terlihat pada Gambar 1. Sebelum menyiapkan lapisan titanium, gunakan amplas SiC 220#, 360#, 600#, 800#, 1000#, dan 2000# untuk memoles substrat secara berurutan, diikuti dengan pembersihan ultrasonik dalam etanol selama 10 menit untuk menghilangkan kontaminan seperti minyak dan karat pada permukaan sampel. Bubuk titanium yang digunakan untuk penyemprotan dingin adalah Ti-01 yang diproduksi oleh Institute of New Materials, Guangdong Academy of Sciences, dengan ukuran partikel 50-100 μ m. Setelah diayak, bubuk titanium dipanggang pada suhu 120 derajat selama 30 menit untuk mengurangi dampak kelembapan terhadap kualitas lapisan. Peralatan penyemprotan dingin diselesaikan pada PCS1000 yang diproduksi oleh Plasma Giken di Jepang.
Gunakan mesin pemotong kawat pelepasan listrik untuk memotong sampel untuk karakterisasi struktur mikro dan analisis komposisi pada bagian penampang. Sampel metalografi dibuat dengan metode penggilingan dan pemolesan mekanis. Larutan etanol asam nitrat dengan perbandingan volume 1:19 digunakan sebagai etsa. Fitur mikrostruktur dikarakterisasi menggunakan OM (Leica DVM6M) dan SEM (Phenom ProX) yang dilengkapi dengan EDS. Pemeriksaan mikroskopis sampel metalografi
Kekerasan diukur menggunakan alat microhardness tester Vickers dengan waktu tinggal 10 detik dan beban 500 g. Pengukuran dilakukan setiap 0,4 mm dari permukaan pelapis hingga substrat. Uji gesekan dan keausan mengadopsi mesin uji gesekan dan keausan bolak-balik berkecepatan tinggi, dengan beban 20 N, waktu 10 menit, frekuensi 1 Hz, panjang pengujian 10 mm, dan bola baja GCr15 sebagai gesekannya. pasangan. Sebelum pengujian elektrokimia, sampel ditutup dengan resin epoksi, dipoles dengan amplas metalografi untuk menghilangkan oksida permukaan, dibersihkan dengan etanol dan air murni, dan terakhir dikeringkan dengan udara panas untuk mendapatkan permukaan lapisan yang bersih. Percobaan dilakukan pada suhu kamar. Media percobaannya adalah larutan simulasi air laut (NaCl 3,5%), menggunakan sistem tiga elektroda. Sampelnya adalah elektroda kerja, elektroda lawannya adalah pelat platina, dan elektroda pembandingnya adalah elektroda kalomel jenuh (SCE). Spektroskopi impedansi elektrokimia diuji pada stasiun kerja elektrokimia (CHI760E) pada potensial rangkaian terbuka, dengan frekuensi pengujian 105~10-2Hz dan potensi gangguan sebesar 10 mV. Mesin uji korosi semprotan garam (EASS-100) dari China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. digunakan untuk uji semprotan garam. Menurut Uji Korosi di Atmosfer - Uji Semprotan Garam (GB 10125-1997), larutan uji adalah larutan NaCl 5% berdasarkan fraksi massa, dan suhu di dalam kotak semprotan adalah 35 derajat.
3. Pengaruh tekanan dan suhu gas selama pengumpanan bubuk terhadap struktur mikro dan morfologi lapisan titanium
Salah satu parameter penting dalam proses penyemprotan dingin adalah kecepatan kritis partikel yang disemprotkan sebelum bertabrakan dengan substrat. Untuk material matriks tertentu, terdapat kecepatan kritis dimana hanya partikel dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan kritis yang dapat diendapkan untuk membentuk lapisan, sedangkan partikel dengan kecepatan lebih rendah dari kecepatan kritis akan memantul kembali untuk membentuk lapisan. Kecepatan kritis partikel semprotan dingin bergantung pada faktor-faktor seperti kepadatan bahan, titik leleh, kekuatan tarik akhir, dan suhu awal partikel. Selama proses penyemprotan dingin, logam seperti Cu, Zn, dan Al rentan terhadap deformasi plastis partikel yang besar, sehingga menghasilkan lapisan yang padat. Namun Ti, karena titik lelehnya yang tinggi, sulit untuk mendapatkan lapisan padat melalui teori deposisi deformasi tumbukan penyemprotan dingin. Namun, penelitian yang relevan menunjukkan bahwa peningkatan suhu dan tekanan gas pengumpan bubuk dapat secara efektif mengurangi porositas lapisan. Porositas lapisan merupakan faktor kunci yang mempengaruhi kinerja pelindungnya. Dalam kisaran peralatan yang diijinkan, penulis menyelidiki pengaruh suhu dan tekanan gas pengumpan bubuk pada struktur mikro lapisan titanium.
Gambar 2 menunjukkan morfologi metalografi sampel lapisan titanium yang dibuat dengan kombinasi berbeda dari parameter tekanan dan suhu gas pengumpan bubuk. Karena penyemprotan dingin termasuk dalam metode pengendapan keadaan padat, maka dampak termalnya kecil pada substrat, dan partikel tidak meleleh selama proses pengendapan. Oleh karena itu, pelat titanium dan pelat baja di sisi substrat masih utuh, dan pelapis titanium dapat dibuat dalam kisaran suhu dan tekanan dari gas pengumpan bubuk yang diteliti. Dari Gambar 2 terlihat bahwa tekanan dan temperatur gas pengumpan bubuk tidak banyak berpengaruh terhadap ketebalan lapisan. Ketebalan lapisan yang dibuat pada beberapa kondisi dalam waktu penyemprotan yang sama sebanding, dengan ketebalan rata-rata 2,70 mm. Namun, parameter gas pengumpan bubuk memiliki pengaruh yang signifikan terhadap struktur lapisan titanium yang disemprotkan dingin.
Kesimpulan
1) Meningkatkan suhu dan tekanan gas pengumpan bubuk selama proses penyemprotan dingin tidak hanya membantu mengurangi porositas lapisan dan meningkatkan kepadatannya, tetapi juga menekan delaminasi lapisan dan memperkuat ikatan internal lapisan. Ketika suhu dan tekanan gas pengumpan bubuk ditingkatkan masing-masing dari 800 derajat dan 3 MPa menjadi 900 derajat dan 5 MPa, porositas lapisan menurun dari 4,25% menjadi 1,14%.
2) Karena rendahnya suhu gas pengumpan bubuk selama persiapan semprotan dingin lapisan titanium, tidak ada oksidasi signifikan yang diamati pada lapisan titanium yang disiapkan, yang sebagian besar terdiri dari logam Ti. Pada saat yang sama, di bawah kondisi suhu dan tekanan gas pengumpan bubuk yang lebih tinggi (900 derajat dan 5 MPa), lapisan titanium pada sisi pelat komposit baja titanium memiliki kompatibilitas yang baik dengan substrat dan tidak ada antarmuka yang jelas karena komposisi yang konsisten; Antarmuka antara lapisan titanium dan pelat baja jelas, dan tidak ada interdifusi elemen yang signifikan.
3) Meningkatkan suhu atau tekanan gas pengumpan bubuk selama proses penyemprotan dingin bermanfaat untuk memperkuat deformasi plastik, meningkatkan kepadatan lapisan, dan dengan demikian meningkatkan kekerasan mikro dan ketahanan aus lapisan. Lapisan titanium yang dibuat menggunakan GCr15 sebagai pasangan gesekan, dengan tekanan gas pengumpan bubuk 5 MPa dan suhu 900 derajat , menunjukkan laju keausan 0,32 × 10-3mm3/(N · m) setelah 10 menit dipakai di bawah beban 20 N.
4) Lapisan titanium yang disemprotkan dingin yang disiapkan pada permukaan ujung pelat komposit baja titanium memiliki ketahanan korosi yang baik. Setelah 1000 jam uji semprotan garam netral, lapisan tersebut tetap utuh dan tidak ada korosi karat yang terlihat jelas di permukaan, menunjukkan bahwa lapisan titanium secara efektif mencegah partikel korosif menembus ke dalam substrat, sehingga secara signifikan meningkatkan kinerja layanan pelat komposit baja titanium. di lingkungan laut
