Какие поверхностные обработки подходят для титана при длительном воздействии морской воды?

С точки зрения коррозионной инженерии, хотя титан и его сплавы, такие как Ti-6Al-4V, обладают превосходной стойкостью к воздействию морской воды благодаря устойчивому пассивному оксидному слою, длительная эксплуатация в морской среде создаёт особые вызовы. Среди них — щелевая коррозия в тесных соединениях, биообрастание и эрозионное воздействие. Поверхностная обработка в таких случаях выбирается не для предотвращения общей коррозии, а для повышения специфических характеристик поверхности в морской эксплуатации.

Рекомендуемые виды обработки поверхности для работы в морской воде

1. Анодирование

Анодирование — это электрохимический процесс, который искусственно утолщает и стабилизирует естественный оксидный слой титана.

• Преимущества в морской среде: Существенно повышает устойчивость к щелевой коррозии и износу, что особенно важно для подвижных деталей — клапанов, крепежа и т. п. Твёрдая керамикоподобная поверхность также обеспечивает отличную адгезию клеевых и лакокрасочных покрытий.

• Особенности: Процесс хорошо подходит для сложных геометрий, полученных методом обработки на станках с ЧПУ, и практически не изменяет размеры детали.

2. Термонапылённые керамические покрытия

Покрытия, такие как оксид алюминия (Al₂O₃) или оксид титана (TiO₂), наносятся методом плазменного напыления и образуют толстый инертный барьер.

• Преимущества в морской среде: Обеспечивают исключительную стойкость к эрозии, вызванной частицами песка, и обладают теплоизоляционными свойствами. Особенно эффективны для крупных компонентов в нефтегазовой отрасли и лопастей насосов.

• Особенности: Покрытия могут быть пористыми и требуют последующего герметизирования; они также увеличивают толщину детали и не подходят для элементов с минимальными допусками.

3. PVD (физическое осаждение из паровой фазы)

PVD-покрытия, такие как нитрид титана (TiN) или нитрид хрома (CrN), образуют тонкий, сверхтвёрдый и плотный слой на поверхности.

• Преимущества в морской среде: Значительно повышают твёрдость поверхности, обеспечивая высокую устойчивость к абразивному износу и задирам. Низкий коэффициент трения некоторых PVD-покрытий снижает прилипание морских организмов. Это делает их отличным выбором для высоконагруженных деталей в энергетике или опреснительных установках.

• Особенности: PVD — это процесс прямой видимости, что усложняет нанесение покрытия на внутренние поверхности сложных форм. Это дорогостоящий, но высокоэффективный вариант отделки для высокоточных деталей.

4. Микродуговое оксидирование (MAO)

Как упоминалось ранее, MAO формирует толстый и прочный керамический оксидный слой, интегрированный с металлом основы.

• Преимущества в морской среде: Обеспечивает сочетание высокой твёрдости, коррозионной стойкости и термической стабильности. Покрытие обладает отличной адгезией и эффективно защищает от кавитационной эрозии и истирания.

• Особенности: Изменение размеров и шероховатость поверхности должны быть заранее учтены при проектировании.

Инженерные рекомендации по выбору

1. Для защиты от общей и щелевой коррозии: Анодирование — наиболее экономичный и надёжный вариант.

2. Для защиты от абразивного износа и эрозии: Отдавайте приоритет PVD-покрытиям или микродуговому оксидированию. Для крупных поверхностей подходит термонапыление.

3. Для снижения биообрастания: Гладкая, твёрдая поверхность (например, полированная и анодированная или с PVD-покрытием) уменьшает прилипание морских организмов. Для активной защиты эти покрытия могут служить базой под специальные антиобрастающие краски.

4. Согласование проектирования и производства: Выбор покрытия должен быть интегрирован в производственный процесс. Например, деталь под MAO необходимо обрабатывать с припуском на толщину покрытия, а при проектировании под PVD следует избегать теневых зон для равномерности нанесения.