تأثير المعاملة بالليزر على خصائص التيتانيوم التجاري النقي بعد الترذيذ في تطبيقات ريش التوربينات

الباحث

تقى محمد ناجي ناصر

المشرف

مريم عبد العظيم باقر - علي مزهر رسن

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة المعادن

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Laser treatment;Commercially pure titanium;Sputtering;Turbine blades

لقد أثبت التيتانيوم وسبائكه تفوقًا تقنيًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات الفضائية والصناعية والبحرية والتجارية. ويرجع ذلك إلى خصائصها الميكانيكية الجيدة، Ley في ذلك الصلادة النوعية والكثافة المنخفضة والقوة العالية ومقاومة التآكل بسبب الطبقة الواقية من الأوكسيد المتكونة على السطح. على الرغم من ذلكء قد يعاني التيتانيوم من أشكال مختلفة من التآكل في مجموعة متنوعة من البيئات العدوانية. لهذا السبب، يتم استخدام هندسة السطح لتحسين خصائص السطح للتيتانيوم النقي تجاريًا Ti) م0)) درجة 2. Cus تم دراسة الترذيذ بترددات الموجات الراديوية (RF) وإعادة صهر السطح بالليزر باستخدام ليزر Nd: YAG النبضي حيث تم تطبيق المعالجة السطحية بالليزر على طبقة اوكسيد التيتانيوم النانوية الذي تم ترذيذها باستخدام الموجات الراديوية. تم تحديد العوامل الأكثر ملائمة للمعالجة السطحية في البداية من خلال إنجاز تجارب متعددة وتقييم البيانات المتاحة، لذلك؛ Vig) تم دراسة تأثير تغييرسرعة الليزر على خصائص السطح بعد تقليل مدى السرعة إلى 4، 6، 8 و 10 ملم/ثء وقد تم الاستنتاج من النتائج ان سرعة مسح الليزر 6 ملم/ثء الطاقة 800 واطء وتردد2 هرتز هي أفضل العوامل المناسبة لعملية إعادة الصهر بالليزر المستخدمة لتداخل المسارات على السطح من حيث الخشونة والصلادة ومتوسط قطر الحبيبات أيضًاء تمت معالجة سطح التيتانيوم التجاري الذي تم طلائه سابقا بطبقة رقيقة من اوكسيد التيتانيوم بطريقة الترذيذ بواسطة الموجات الراديوية باستخدام افضل سرعة من سرع الليزر التي تم اختيارها وتم تقييم البنية المجهرية، خشونة السطحء الصلادة المايكروية؛ التحول الطوريء والتآكل الكهروكيميائية في محلول كلوريد الصوديوم 903.5 والمحلول الحمضي(حامض الكبريتيك + فلوريد الصوديوم). كما تم فحص مقاومة التآكل الساخن عند 0م باستخدام الأملاح المسببة للتاكل (ب713250 + 7205؟) لمدة 20 dels المستخدمة في تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة مثل مكونات التوربينات الغازية. أظهرت نتائج البنية المجهرية تحول طور ألفا السداسي (0) في سبيكة التيتانيوم الاساسية إلى طور المارتينسيت الابري بعد المعاملة بالليزر بسبب التحولات اللاانتشارية ومعدل التبريد العالي. كما بين فحص حيود الاشعة السينية أن الطلاء بالترذيذ لأوكسيد التيتانيوم كان في طور الأناتاس والذي تم التعرف عليه من خلال رش طبقة رقيقة على الزجاج باستخدام طريقة حيود الأشعة السينية (GIXRD) زادت صلادة فيكرز الدقيقة بعد كل من تقنيات الهندسة السطحية المتمثلة بالترذيذ والمعالجة بالليزر مقارنة بسبيكة التيتانيوم التجاري الاساسية (Cp Ti) زادت صلادة سبيكة التيتانيوم من (Hv186.4) الى (349.9HV) بعد ترسيب طبقة اوكسيد التيتانيوم السيراميكية الرقيقة وكانت قيمة الصلادة بعد المعالجة بالليزر للعينة التي تم ترذيذها مسبقًا بالأوكسيد Hv) 452.5). يعمل كل من الرش والمعالجة بالليزر على تقليل خشونة السطح وقطر حبيبات التيتانيوم، والذي يبلغ 9.35 نانومتر بعد الرشء في حين أن الحد الأدنى للخشونة في المناطق المعالجة بالليزر هو 5 نانومتر فقط. وضحت نتائج التآكل الكهروكيميائية ان أعلى حماية للسطح في محلول 903.5 من كلوريد الصوديوم نتجت بعد الرش بطبقة أوكسيد التيتانيوم النانوية وإنها أعلى من العينات المعالجة سطحيّا بالليزر بسبب منطقة التداخل. كما أظهرت أن مقدار تحسن مقاومة التآكل في محلول حمضي بوجود الفلورايد بعد الرش (9095)، وكذلك بعد المعالجة السطحية بالليزر للعينة المرشوشة (9091)، أعلى منه في حالة المعالجة السطحية المباشرة للتيتانيوم بالليزر )%77( وبالمقارنة، فإن معدل تآكل التيتانيوم في المحلول الحمضي أعلى من معدل التآكل في المحلول الملحي. أدى اختبار التآكل الساخن إلى ظهور قشور هشة والعديد من الشقوق المرئية على سطح عينة التيتانيوم نتيجة الانحلال المستمر للأوكسيد الواقي واختراق الأكسجين داخل التركيب. تم تقليل معدل التآكل الساخن إلى حد ما بعد الطلاء بطبقة أوكسيد التيتانيوم النانوية بواسطة الترذيذ بالموجات الراديوية المغناطيسي وبعد المعاملة بالليزر. بينت الصور المجهرية بواسطة FE-SEM عن تكوين نواتج التآكل على JSS 1715704 على السطح.

Titanium and its alloys have demonstrated technical superiority in a variety of aerospace, industrial, marine, and commercial applications. This is due to their good combination of mechanical properties, including specific hardness, low density, high strength, and resistance to corrosion due to the oxide protective layer formed on the surface. However, titanium may suffer from different forms of corrosion in a variety of aggressive environments. For this reason, surface engineering is used to enhance the surface characterization of commercially pure Titanium (Cp Ti ( grade 2. To overcome this problem, Radio Frequency (RF) Magnetron sputtering and laser surface remelting using Nd: YAG pulsed laser were investigated in this study. Before applying the laser surface treatment on the RF sputtered of Cp Ti with TiO2 nano-coating, the most suitable parameters for surface treatment were initially identified by accomplishing multiple experiments and evaluating the available data. Specifically, firstly, the effect of changing the laser beam speed on the surface properties was investigated after reducing the speed range to 4, 6, 8, and 10 m/s. In this regard, the operating parameters at a scanning speed of 6 m/ s, 800 W, and 2 Hz gave the best results of surface characterization in terms of roughness, hardness, and average grain diameter. These best suitable parameters of the laser remelting process were used to overlap the tracks on the surface. Moreover, Cp Ti pre-sputtered with a thin film of TiO2 on the surface of Cp Ti was treated with the same best parameters of the Nd: YAG laser that was selected. Microstructure, surface roughness, microhardness, phase transformation, and electrochemical corrosion in 3.5% NaCl solution and (H2SO4 +NaF) acidic solution were evaluated. Furthermore, the hot corrosion resistance at 900֩C using corrosive salts (V2O5 + Na2SO4) for 20 hr. was also examined for the applications used in high temperatures, such as the gas turbine components. The microstructural results showed the transformation of the hexagonal alpha (α) phase in Cp Ti to the acicular martensite phase after the laser treatment due to the diffusion-less transformation and the high cooling rate. The XRD analysis showed that the sputtered coating of TiO2 was in the anatase phase, which was identified by the sputtering of thin film on glass using the Grazing Incidence X-ray diffraction (GIXRD) method. Vickers microhardness increased after both surface engineering techniques of sputtering and laser treatment compared to Cp Ti. The hardness of as-it-is Cp Ti that had the hardness of (186.4Hv) increased after deposition of the ceramic thin film (TiO2) to (349.9Hv) and the hardness value after laser treatment of the substrate pre-sputtered with TiO2 was (452.5 Hv). Both sputtering and laser treatment reduce the surface roughness and the grain diameter of Cp Ti, which is 9.35 nm after sputtering, while the minimum roughness in laser-treated areas is just 5 nm. The highest surface protection in 3.5% NaCl resulted after the sputtering of TiO2 nano-coating. It's higher than laser surface-treated samples due to the overlap region. The electrochemical tests in an acidic solution in the presence of fluoride showed that the amount of improvement in the corrosion resistance after sputtering (95%), as well as after laser surface treatment of the sputtered sample (91%), is higher than that in the case of direct surface treatment of the Cp Ti (77%). By comparison, the rate of corrosion of the as-it-is Cp Ti in an acid solution is higher than the rate of corrosion in a salt solution. The hot corrosion test resulted in fragile scales and many visible cracks have formed on the surface of Cp Ti as a result of the protective oxide's ongoing dissolution and oxygen penetration inside the structure. The rate of hot corrosion response was reduced to some extent after nano-dense TiO2 coating by RF magnetron sputtering and after laser treatment. FE-SEM micrographs revealed the formation of corrosion products in the form of TiVO4 on the surface.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب