Les panneaux composites en acier et titane ont reçu une grande attention dans les domaines du pétrole, de la chimie, de l'énergie et de l'ingénierie maritime ces dernières années en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques de l'acier et de la résistance à la corrosion du titane. Cependant, lorsque des plaques composites titane-acier sont appliquées dans des environnements marins difficiles, leurs faces d'extrémité subissent une corrosion galvanique en raison de la différence de potentiel entre le titane et l'acier, ce qui détériore leurs performances en service réel. Par conséquent, l’adoption de méthodes appropriées pour le traitement protecteur de la face d’extrémité des plaques composites en acier au titane revêt une grande importance et une grande valeur. Mais à l’heure actuelle, il n’existe pratiquement aucun rapport pertinent. D'autres recherches se concentrent sur la préparation de revêtements sur la surface des plaques de titane ou d'acier afin d'améliorer les performances de service du substrat, notamment par projection thermique et revêtement laser. Le processus de projection thermique présente un fonctionnement très efficace, flexible et simple, mais en raison de la large plage de température de sa source de chaleur, des défauts tels que des pores sont susceptibles de se produire dans le revêtement et la contrainte thermique résiduelle est relativement importante.
1. Préparation du revêtement de titane
Le matériau du substrat est une plaque composite en acier au titane fabriquée par Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. en utilisant une méthode de formage sous vide. La plaque de titane a une épaisseur de 1,80 mm et la plaque d'acier une épaisseur de 10,20 mm, comme le montre la figure 1. Avant de préparer le revêtement de titane, utilisez du papier de verre SiC 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # et 2000 # pour polissez le substrat en séquence, suivi d'un nettoyage par ultrasons dans l'éthanol pendant 10 minutes pour éliminer les contaminants tels que l'huile et la rouille sur la surface de l'échantillon. La poudre de titane utilisée pour la pulvérisation à froid est du Ti-01 produit par l'Institut des nouveaux matériaux de l'Académie des sciences du Guangdong, avec une granulométrie de 50-100 μ m. Après tamisage, la poudre de titane est cuite à 120 degrés pendant 30 minutes afin de réduire l'impact de l'humidité sur la qualité du revêtement. L'équipement de pulvérisation à froid a été réalisé sur un PCS1000 produit par Plasma Giken au Japon.
Utilisez une machine de découpe de fil à décharge électrique pour couper l’échantillon pour la caractérisation de la microstructure et l’analyse de la composition de la section transversale. Les échantillons métallographiques sont préparés par des méthodes mécaniques de meulage et de polissage. Une solution d’acide nitrique et d’éthanol avec un rapport volumique de 1:19 est utilisée comme agent de gravure. Les caractéristiques microstructurales ont été caractérisées à l'aide d'OM (Leica DVM6M) et de SEM (Phenom ProX) équipés d'EDS. Examen microscopique d'échantillons métallographiques
La dureté a été mesurée à l'aide d'un testeur de microdureté Vickers avec un temps de séjour de 10 secondes et une charge de 500 g. Des mesures ont été prises tous les 0,4 mm depuis la surface du revêtement jusqu'au substrat. L'essai de frottement et d'usure adopte une machine d'essai de frottement et d'usure alternative à grande vitesse, avec une charge de 20 N, un temps de 10 min, une fréquence de 1 Hz, une longueur d'essai de 10 mm et des billes d'acier GCr15 comme frottement paire. Avant les tests électrochimiques, l'échantillon est scellé avec de la résine époxy, poli avec du papier de verre métallographique pour éliminer les oxydes de surface, nettoyé avec de l'éthanol et de l'eau pure, et enfin séché à l'air chaud pour obtenir une surface de revêtement propre. L'expérience est menée à température ambiante. Le milieu expérimental est une solution d'eau de mer simulée (3,5% NaCl), utilisant un système à trois électrodes. L'échantillon est l'électrode de travail, la contre-électrode est une plaque de platine et l'électrode de référence est une électrode au calomel saturé (SCE). La spectroscopie d'impédance électrochimique a été testée sur un poste de travail électrochimique (CHI760E) à un potentiel de circuit ouvert, avec une fréquence de test de 105~10-2Hz et un potentiel de perturbation de 10 mV appliqué. La machine d'essai de corrosion au brouillard salin (EASS-100) du China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. est utilisée pour l'essai au brouillard salin. Selon le test de corrosion dans l'atmosphère - Test au brouillard salin (GB 10125-1997), la solution de test est une solution de NaCl à 5 % par fraction massique et la température dans la boîte de pulvérisation est de 35 degrés.
3. L'influence de la pression et de la température du gaz lors de l'alimentation en poudre sur la microstructure et la morphologie des revêtements en titane
L'un des paramètres importants dans le processus de projection à froid est la vitesse critique des particules pulvérisées avant qu'elles n'entrent en collision avec le substrat. Pour un matériau de matrice donné, il existe une vitesse critique à laquelle seules les particules ayant une vitesse supérieure à la vitesse critique peuvent être déposées pour former un revêtement, tandis que les particules ayant une vitesse inférieure à la vitesse critique rebondiront pour former le revêtement. La vitesse critique des particules pulvérisées à froid dépend de facteurs tels que la densité du matériau, le point de fusion, la résistance à la traction ultime et la température initiale des particules. Au cours du processus de pulvérisation à froid, les métaux tels que Cu, Zn et Al sont sujets à une déformation plastique importante des particules, ce qui entraîne des revêtements denses. Cependant, le Ti, en raison de son point de fusion élevé, est difficile à obtenir des revêtements denses grâce à la théorie du dépôt par déformation par collision de la pulvérisation à froid. Cependant, des études pertinentes ont montré qu'une augmentation de la température et de la pression du gaz d'alimentation en poudre peut réduire efficacement la porosité du revêtement. La porosité du revêtement est un facteur clé affectant ses performances de protection. Dans la plage autorisée de l'équipement, l'auteur a étudié l'influence de la température et de la pression du gaz d'alimentation en poudre sur la microstructure du revêtement de titane.
La figure 2 montre la morphologie métallographique d'échantillons de revêtement de titane préparés sous différentes combinaisons de paramètres de pression et de température du gaz d'alimentation en poudre. Du fait que la pulvérisation à froid appartient à la méthode de dépôt à l'état solide, elle a peu d'impact thermique sur le substrat et les particules ne fondent pas pendant le processus de dépôt. Par conséquent, la plaque de titane et la plaque d’acier côté substrat sont intactes et les revêtements de titane peuvent être préparés dans la plage de température et de pression du gaz d’alimentation en poudre étudié. D'après la figure 2, on peut voir que la pression et la température du gaz d'alimentation en poudre ont peu d'effet sur l'épaisseur du revêtement. L'épaisseur du revêtement préparé dans plusieurs conditions dans le même temps de pulvérisation est comparable, avec une épaisseur moyenne de 2,70 mm. Cependant, les paramètres du gaz d’alimentation en poudre ont un impact significatif sur la structure des revêtements de titane projetés à froid.
Conclusion
1) L'augmentation de la température et de la pression du gaz d'alimentation en poudre pendant le processus de pulvérisation à froid contribue non seulement à réduire la porosité du revêtement et à améliorer sa densité, mais supprime également le délaminage du revêtement et renforce la liaison interne du revêtement. Lorsque la température et la pression du gaz d'alimentation en poudre ont été augmentées de 800 degrés et 3 MPa à 900 degrés et 5 MPa, respectivement, la porosité du revêtement a diminué de 4,25 % à 1,14 %.
2) En raison de la basse température du gaz d'alimentation en poudre lors de la préparation par pulvérisation à froid des revêtements de titane, aucune oxydation significative n'a été observée dans les revêtements de titane préparés, qui sont principalement composés de Ti métallique. Dans le même temps, dans des conditions de température et de pression du gaz d'alimentation en poudre plus élevées (900 degrés et 5 MPa), le revêtement de titane sur le côté de la plaque composite en acier au titane présente une bonne compatibilité avec le substrat et aucune interface évidente en raison d'une composition cohérente ; L'interface entre le revêtement de titane et la plaque d'acier est claire et il n'y a pas d'interdiffusion significative des éléments.
3) L'augmentation de la température ou de la pression du gaz d'alimentation en poudre pendant le processus de pulvérisation à froid est bénéfique pour renforcer la déformation plastique, améliorer la densité du revêtement et ainsi améliorer la microdureté et la résistance à l'usure du revêtement. Le revêtement de titane préparé en utilisant du GCr15 comme paire de friction, avec une pression de gaz d'alimentation en poudre de 5 MPa et une température de 900 degrés, a montré un taux d'usure de 0,32 × 10-3 mm3/(N · m) après 10 minutes d'usure sous une charge de 20 N.
4) Le revêtement de titane pulvérisé à froid préparé sur la face d'extrémité de la plaque composite en acier au titane a une bonne résistance à la corrosion. Après 1 000 heures de test au brouillard salin neutre, le revêtement est intact et il n'y a pas de corrosion évidente par la rouille sur la surface, ce qui indique que le revêtement en titane empêche efficacement les particules corrosives de pénétrer dans le substrat, améliorant ainsi considérablement les performances de service de la plaque composite en acier au titane. en milieu marin
