혁신적인 가공 방법으로 해양 조선 및 유지 보수용 티타늄 합금의 내마모 성능 향상
선박 건조 및 유지 관리 분야에서 선박 구성품은 극한의 작업 조건, 특히 고온 절삭의 어려움에 노출되어 서비스 수명이 크게 제한됩니다. 이 기사에서는 특정 표면 처리 및 크롬 코팅을 통해 티타늄 합금 소재의 절삭 저항성을 강화하는 것을 목표로 하는 획기적인 가공 기술을 강조합니다. 선박의 실제 작업 환경을 모방한 레이저 절삭 실험을 수행하여 이 가공 방법이 티타늄 합금 및 크롬 코팅의 특성에 미치는 영향을 탐구합니다.
해양 엔지니어링 기술의 끊임없는 발전으로 선박 구성품에 대한 성능 요구 사항이 점점 더 엄격해졌습니다. 뛰어난 기계적 특성과 내식성으로 유명한 티타늄 합금은 조선에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 해양 환경에서의 고온 절삭 문제는 광범위한 적용을 방해하는 강력한 장애물로 남아 있습니다. 이 과제를 해결하기 위해 당사는 티타늄 합금을 표면 처리하고 크롬으로 코팅하여 절삭 저항성을 향상시키는 첨단 처리 기술을 채택했습니다.
가공 방법 및 재료 준비
티타늄 합금 기판 가공: 정밀 와이어 절단 기술을 활용하여 티타늄 합금 원료를 표준 크기 시편(2cm x 1cm x 0.5cm)으로 절단했습니다. 그런 다음 시편을 1500-그릿 사포로 갈아서 연마 페이스트를 사용하여 거울처럼 연마한 다음 마지막으로 초음파로 세척하여 표면 불순물을 제거하여 완벽한 표면 마감을 보장했습니다.
크롬 코팅 적용: 고급 아크 이온 플레이팅 기술을 사용하여 준비된 티타늄 합금 샘플에 크롬 코팅을 증착했습니다. 진공 수준(6×10^-3 Pa), 온도(300도), NH3 압력(2-3 Pa) 및 바이어스 전압(800-1000 V)을 세심히 제어하여 균일하고 밀도가 높은 크롬 코팅을 얻었으며 증착 시간은 10~20분이었습니다.
레이저 어블레이션 실험 및 결과 분석
가공된 티타늄 합금과 크롬 코팅의 절삭 저항성을 평가하기 위해 일련의 레이저 절삭 실험을 수행했습니다. 맞춤형 장펄스 레이저 시스템(모델 FLK-TIX6409Hz)을 사용하여 펄스 에너지와 카운트를 조정하여 고온 조건에서 절삭 공정을 시뮬레이션했습니다.
실험 결과, 처리되지 않은 티타늄 합금 기판은 중앙 영역에 수많은 균열이 있는 깊은 절삭 크레이터를 보였고 가장자리를 따라 두꺼운 산화물 축적이 동반되었습니다. 반면 크롬 코팅 티타늄 합금 표면은 동일한 조건에서 더 얕은 절삭 크레이터, 감소된 균열 분포 및 최소한의 산화물 축적이 특징인 우수한 절삭 저항성을 보였습니다.
주사 전자 현미경(SEM)과 에너지 분산 X선 분광법(EDAX)을 통해, 절삭된 표면의 미세 지형 및 구성 분석이 수행되었습니다. 이러한 분석은 크롬 코팅이 고온 산소의 직접적인 공격으로부터 티타늄 합금 기판을 효과적으로 보호하여 산화 반응을 최소화하고 재료의 전반적인 절삭 저항성을 향상시킨다는 것을 확인했습니다.
결론 및 전망
이 연구는 혁신적인 가공 방법을 통해 티타늄 합금과 그 크롬 코팅의 항삭마 성능을 성공적으로 향상시켰습니다. 실험 결과는 크롬 코팅이 티타늄 합금 기판을 고온 절삭으로부터 보호하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 강조하여 선박 구성 요소의 서비스 수명을 크게 연장합니다. 향후 연구 노력은 코팅 성능에 대한 다양한 가공 매개변수의 영향을 추가로 탐구하고 조선 부문에서 고성능 구성 요소에 대한 시급한 수요를 충족하기 위해 추가 고성능 보호 코팅 재료를 개발할 수 있습니다.
