チタン鋼複合パネルは、鋼の優れた機械的特性とチタンの耐食性により、近年、石油、化学、電力、海洋工学の分野で広く注目されています。しかし、チタン鋼複合板を海洋の厳しい環境下で使用すると、チタンと鋼の電位差により端面が電解腐食を起こし、実使用時の性能が低下します。したがって、チタン鋼複合板の端面の保護処理に適切な方法を採用することは、非常に重要であり価値がある。しかし、現時点では関連する報告はほとんどありません。さらなる研究は、主に溶射やレーザークラッディングなど、基材の使用性能を向上させるためにチタンまたは鋼板の表面にコーティングを施すことに焦点を当てています。溶射プロセスは効率が高く、柔軟で操作が簡単ですが、熱源の温度範囲が広いため、皮膜に気孔などの欠陥が発生しやすく、残留熱応力が比較的大きくなります。
1. チタンコーティングの準備
基材材料は、湖南翔頭金天チタン金属有限公司が真空成形法で製造したチタン鋼複合板です。図 1 に示すように、チタン プレートの厚さは 1.80 mm、スチール プレートの厚さは 10.20 mm です。チタン コーティングを準備する前に、220 #、360 #、600 #、800 #、1000 #、および 2000 # SiC サンドペーパーを使用して、基板を研磨した後、エタノール中で10分間超音波洗浄を行い、サンプル表面の油や錆などの汚れを除去します。コールドスプレーに使用されるチタン粉末は、広東省科学院新材料研究所が製造したTi-01で、粒径は50-100μmです。ふるいにかけた後、チタン粉末を120度で30分間焼き、コーティングの品質に対する水分の影響を軽減します。日本のプラズマ技研製PCS1000にコールドスプレー装置が完成しました。
放電ワイヤ切断機を使用してサンプルを切断し、断面の微細構造特性評価と組成分析を行います。金属組織サンプルは、機械的な研削および研磨方法によって準備されます。エッチャントには体積比１：１９の硝酸エタノール溶液を使用する。微細構造の特徴は、EDS を備えた OM (Leica DVM6M) および SEM (Phenom ProX) を使用して特性評価されました。金属組織サンプルの顕微鏡検査
硬度は、ビッカース微小硬度計を使用し、滞留時間 10 秒、荷重 500 g で測定しました。測定はコーティング表面から基材まで 0.4 mm ごとに行われました。摩擦摩耗試験には高速往復摩擦摩耗試験機を使用し、荷重20N、時間10分、周波数1Hz、試験長さ10mm、摩擦材としてGCr15鋼球を使用した。ペア。電気化学試験の前に、サンプルはエポキシ樹脂で密封され、金属組織サンドペーパーで研磨して表面の酸化物を除去し、エタノールと純水で洗浄し、最後に熱風で乾燥してきれいなコーティング表面を取得します。実験は室温で行われます。実験媒体は、3 電極システムを使用した模擬海水溶液 (3.5% NaCl) です。サンプルは作用電極、対電極は白金プレート、参照電極は飽和カロメル電極 (SCE) です。電気化学インピーダンス分光法は、電気化学ワークステーション (CHI760E) で、開回路電位、試験周波数 105~10-2 Hz、および妨害電位 10 mV を印加して試験されました。塩水噴霧試験には、中国電気設備研究院有限公司の塩水噴霧腐食試験機(EASS-100)を使用します。大気中での腐食試験 - 塩水噴霧試験 (GB10125-1997) によると、試験溶液は質量分率で 5% NaCl 溶液で、スプレー ボックス内の温度は 35 度です。
3.粉末供給時のガス圧力と温度がチタンコーティングの微細構造と形態に及ぼす影響
コールド スプレー プロセスにおける重要なパラメーターの 1 つは、スプレー粒子が基材に衝突する前の臨界速度です。特定のマトリックス材料には臨界速度が存在し、その速度では、臨界速度を超える速度の粒子のみが堆積してコーティングを形成できますが、臨界速度よりも遅い速度の粒子は跳ね返ってコーティングを形成します。コールド スプレー粒子の臨界速度は、材料密度、融点、極限引張強さ、粒子の初期温度などの要因に依存します。 Cu、Zn、Al などの金属は、コールド スプレー プロセス中に粒子が大きく塑性変形する傾向があり、その結果、緻密なコーティングが形成されます。しかし、Tiは融点が高いため、コールドスプレーの衝突変形析出理論では緻密な皮膜を得ることが困難です。しかし、関連する研究では、粉末供給ガスの温度と圧力を上げると、コーティングの多孔性を効果的に低減できることが示されています。コーティングの気孔率は、その保護性能に影響を与える重要な要素です。装置の許容範囲内で、粉末供給ガスの温度と圧力がチタンコーティングの微細構造に及ぼす影響を調査した。
図 2 は、粉末供給ガスの圧力と温度パラメーターのさまざまな組み合わせの下で調製されたチタン コーティング サンプルの金属組織学的形態を示しています。コールドスプレーは固相成膜法に属するため、基板への熱影響がほとんどなく、成膜中に粒子が溶けることもありません。したがって、基材側のチタン板および鋼板は無傷であり、検討した粉末供給ガスの温度および圧力範囲内でチタンコーティングを調製することができる。図 2 から、粉末供給ガスの圧力と温度はコーティングの厚さにほとんど影響を及ぼさないことがわかります。同じスプレー時間内でいくつかの条件下で調製されたコーティングの厚さは同等であり、平均厚さは 2.70 mm でした。ただし、粉末供給ガスのパラメーターは、コールド スプレーされたチタン コーティングの構造に大きな影響を与えます。
結論
1) コールドスプレープロセス中に粉末供給ガスの温度と圧力を高めると、コーティングの気孔率が減少し、コーティングの密度が向上するだけでなく、コーティングの剥離が抑制され、コーティングの内部結合が強化されます。粉末供給ガスの温度と圧力がそれぞれ800度および3MPaから900度および5MPaに増加すると、コーティングの気孔率は4.25%から1.14%に減少した。
２）チタンコーティングのコールドスプレー調製中の粉末供給ガスの温度が低いため、主に金属Ｔｉから構成される調製されたチタンコーティングでは顕著な酸化は観察されなかった。同時に、より高い粉末供給ガス温度および圧力条件（900度および5MPa）下では、チタン鋼複合板側のチタンコーティングは基材との良好な適合性を有し、一貫した組成により明らかな界面は存在しない。チタンコーティングと鋼板の間の界面は透明であり、元素の重大な相互拡散はありません。
３）コールドスプレープロセス中の粉末供給ガスの温度または圧力を上げることは、塑性変形を強化し、コーティングの密度を改善し、それによりコーティングの微小硬度と耐摩耗性を高めるのに有益である。摩擦ペアとして GCr15 を使用し、粉末供給ガス圧力 5 MPa、温度 900 度で調製されたチタンコーティングは、0.32 × 10-3 mm3/(N · m) 20 Nの荷重下で10分間着用した後。
4) チタン鋼複合板の端面に形成されたコールドスプレーチタン皮膜は良好な耐食性を有します。 1000時間の中性塩噴霧試験後、コーティングは無傷で、表面に明らかな錆腐食はありません。これは、チタンコーティングが腐食性粒子が基材に浸透するのを効果的に防止し、それによってチタン鋼複合板の使用性能を大幅に向上させることを示しています。海洋環境で
