Ο ωκεανός φιλοξενεί άφθονους φυσικούς πόρους και η ανάπτυξή του δεν έχει μόνο σημαντική οικονομική σημασία, αλλά αντανακλά επίσης τις τεχνολογικές και ερευνητικές δυνατότητες μιας χώρας. Με την αυξανόμενη ένταση της θαλάσσιας ανάπτυξης, ο αριθμός των υπεράκτιων βιομηχανικών εγκαταστάσεων, όπως οι υποθαλάσσιοι πετρελαιαγωγοί, οι πλατφόρμες γεωτρήσεων βαθιάς θάλασσας και οι υπεράκτιες γέφυρες, αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Ωστόσο, οι σκληρές διαβρωτικές συνθήκες του θαλάσσιου περιβάλλοντος μπορούν να προκαλέσουν σοβαρή διάβρωση στα θαλάσσια μεταλλικά εξαρτήματα. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, οι οικονομικές απώλειες που προκλήθηκαν από τη διάβρωση παγκοσμίως το 2016 αντιστοιχούσαν σε 3,4% του παγκόσμιου ΑΕΠ, με τις θαλάσσιες κατασκευές να αντιπροσωπεύουν το ένα τρίτο αυτής της απώλειας. Ως εκ τούτου, η κατανόηση των χαρακτηριστικών της θαλάσσιας διάβρωσης και η επιλογή κατάλληλων μεθόδων για την προστασία των θαλάσσιων μεταλλικών στοιχείων έχουν ιδιαίτερα σημαντική οικονομική αξία.

Χαρακτηριστικά της διάβρωσης στο θαλάσσιο περιβάλλον

Το θαλασσινό νερό περιέχει μεγάλη ποσότητα αλατιού, γεγονός που το καθιστά εξαιρετικό ηλεκτρολυτικό διάλυμα με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ως αποτέλεσμα, οι μεταλλικές κατασκευές που εκτίθενται σε αυτό το περιβάλλον υπόκεινται σε σοβαρή διάβρωση. Τα θαλάσσια περιβάλλοντα διάβρωσης μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διάφορες περιοχές με βάση τα μοναδικά χαρακτηριστικά του θαλάσσιου περιβάλλοντος:

Επένδυση με λέιζερ Τεχνολογία

Εφαρμογή της τεχνολογίας επικάλυψης με λέιζερ στη θαλάσσια αντιδιαβρωτική προστασία

Ο χάλυβας S355, που χρησιμοποιείται συνήθως σε θαλάσσια περιβάλλοντα, παρουσιάζει μηχανικές ιδιότητες παρόμοιες με τον χάλυβα Q345. Οι κατασκευές από χάλυβα S355 είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στη διάβρωση σε θαλάσσια περιβάλλοντα. Εφαρμόζοντας ένα σύνθετο στρώμα επένδυσης Al-Ni-TiC-CeO2 στην επιφάνεια του χάλυβα S355, τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι με ταχύτητα σάρωσης επένδυσης 7,5 mm/s, μπορεί να επιτευχθεί ρυθμός αραίωσης μικρότερος από 5%. Οι καμπύλες πόλωσης των δειγμάτων με διαφορετικές ταχύτητες σάρωσης επένδυσης (6, 7, 7,5, 8 mm/s) αποκαλύπτουν ότι το δείγμα που επενδύθηκε με ταχύτητα 7 mm/s έχει την υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση, παρουσιάζοντας υψηλότερο δυναμικό αυτοδιάβρωσης και χαμηλότερη πυκνότητα ρεύματος αυτοδιάβρωσης. Σε σύγκριση με τον μη επεξεργασμένο χάλυβα S355, ο χάλυβας με επένδυση παρουσιάζει σημαντικά βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση. Το σύνθετο στρώμα επικάλυψης Al-Ni-TiC-CeO2 όχι μόνο βελτιώνει την αντίσταση στη διάβρωση του βασικού υλικού, αλλά επίσης ενισχύει την αντοχή στη φθορά και τη σκληρότητά του, αυξάνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής του υλικού.

Σε παράκτιες περιοχές, τα υδραυλικά έμβολα ανύψωσης υδατοφρακτών εκτίθενται στη ζώνη παφλασμού και στην παλιρροιακή ζώνη, όπου οι συνθήκες διάβρωσης είναι σοβαρές. Οι συμβατικές τεχνικές επιφανειακής επεξεργασίας, όπως ο ψεκασμός με φλόγα και ο ψεκασμός με πλάσμα, συχνά υποφέρουν από υψηλό πορώδες και χαμηλή αντοχή συγκόλλησης. Αντίθετα, η επένδυση με λέιζερ χρησιμοποιώντας σκόνες κραμάτων με βάση το σίδηρο, το νικέλιο ή το κοβάλτιο μπορεί να βελτιώσει την αντοχή των ράβδων των εμβόλων στη διάβρωση, με την τεχνολογία να αντικαθιστά ενδεχομένως τις παραδοσιακές μεθόδους επιμετάλλωσης με νικέλιο και χρώμιο ως νέα λύση προστασίας από τη διάβρωση.

Σε πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας, οι πτερωτές των αντλιών θαλασσινού νερού είναι επιρρεπείς στη διάβρωση και τη διάβρωση λόγω σπηλαίωσης όταν βυθίζονται στο θαλασσινό νερό. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, εφαρμόστηκαν τρεις τύποι σκόνης επένδυσης κράματος για τη βελτίωση της αντίστασης στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα 316. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν οι σκόνες κράματος περιείχαν υψηλό χρώμιο και υψηλό νικέλιο, το στρώμα επικάλυψης, που αποτελείται από ωστενίτη με μικρή ποσότητα μαρτενσίτη, ανακούφισε σημαντικά τα προβλήματα διάβρωσης που αντιμετώπιζαν οι πτερωτές.

Συνολικά, οι σκόνες κραμάτων μπορούν να προσαρμοστούν στο συγκεκριμένο περιβάλλον διάβρωσης των μεταλλικών εξαρτημάτων για να βελτιώσουν την αντοχή τους στη διάβρωση. Για παράδειγμα, υλικά από ανοξείδωτο χάλυβα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θαλάσσια ατμοσφαιρική ζώνη, ενώ σκόνες με βάση το νικέλιο με συστατικά ανθεκτικά στη φθορά μπορούν να προστεθούν για χρήση σε ζώνες παφλασμού ή παλιρροϊκές ζώνες για να βελτιωθεί η προσαρμοστικότητα των υλικών σε αυτές τις περιοχές.

Μειονεκτήματα του Επένδυση με λέιζερ Τεχνολογία

Επιφανειακή τραχύτητα: Το επικαλυμμένο στρώμα μπορεί να έχει τραχιά επιφάνεια, απαιτώντας μηχανική κατεργασία, εάν το φινίρισμα της επιφάνειας είναι κρίσιμο για την εφαρμογή.

Ομοιομορφία και σταθερότητα: Η ομοιομορφία του επενδυμένου στρώματος, η σταθερότητα του προϊόντος και ο υποστηρικτικός εξοπλισμός μπορεί να μην πληρούν ακόμη τις απαιτήσεις της βιομηχανικής παραγωγής.

Θεωρητικά ερευνητικά κενά: Δεν υπάρχει επαρκής συστηματική έρευνα σχετικά με τη στερεοποίηση του κράματος, τις εσωτερικές μεταβολές του υλικού και το θερμοκρασιακό πεδίο του επικαλυμμένου στρώματος.

Συμπέρασμα

Καθώς η ανθρώπινη εξερεύνηση των ωκεανών βαθαίνει, όλο και περισσότερος μεταλλικός εξοπλισμός και εξαρτήματα θα χρησιμοποιούνται σε θαλάσσια περιβάλλοντα. Η κατανόηση των χαρακτηριστικών της θαλάσσιας διάβρωσης και η ανάπτυξη αποτελεσματικών μεθόδων προστασίας είναι ζωτικής σημασίας. Η τεχνολογία επικάλυψης με λέιζερ μπορεί να εφαρμοστεί για την παραγωγή στρώσεων επικάλυψης από κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση για μεταλλικά εξαρτήματα, διαδραματίζοντας απαραίτητο ρόλο στη μελλοντική θαλάσσια προστασία από τη διάβρωση. Η τεχνολογία αυτή θα συνεχίσει να συμβάλλει σημαντικά στην προστασία των θαλάσσιων υποδομών και στην πρόοδο της ναυπηγικής μηχανικής.