Đại dương chứa đựng nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào, và việc khai thác nó không chỉ có ý nghĩa kinh tế to lớn mà còn phản ánh năng lực công nghệ và nghiên cứu của một quốc gia. Cùng với sự gia tăng cường độ khai thác biển, số lượng các công trình công nghiệp ngoài khơi, như đường ống dẫn dầu ngầm, giàn khoan biển sâu và cầu biển, đang tăng lên từng năm. Tuy nhiên, điều kiện ăn mòn khắc nghiệt của môi trường biển có thể gây ra sự ăn mòn nghiêm trọng đối với các bộ phận kim loại dưới biển. Theo thống kê, thiệt hại kinh tế do ăn mòn gây ra trên toàn thế giới vào năm 2016 chiếm 3,41% GDP toàn cầu, trong đó các công trình biển chiếm một phần ba thiệt hại này. Do đó, việc hiểu rõ đặc điểm của ăn mòn biển và lựa chọn các phương pháp phù hợp để bảo vệ các bộ phận kim loại ngoài khơi có giá trị kinh tế đặc biệt quan trọng.

Đặc điểm của sự ăn mòn trong môi trường biển

Nước biển chứa một lượng lớn muối, khiến nó trở thành một dung dịch điện giải tuyệt vời với độ dẫn điện cao. Do đó, các kết cấu kim loại tiếp xúc với môi trường này dễ bị ăn mòn nghiêm trọng. Môi trường ăn mòn biển có thể được phân loại thành một số khu vực dựa trên các đặc điểm riêng biệt của môi trường biển:

Phủ lớp bằng laser Công nghệ

Ứng dụng công nghệ phủ lớp bằng laser trong bảo vệ chống ăn mòn trên tàu biển

Thép S355, thường được sử dụng trong môi trường biển, có các tính chất cơ học tương tự như thép Q345. Các kết cấu làm từ thép S355 rất dễ bị ăn mòn trong môi trường biển. Bằng cách phủ một lớp phủ composite Al-Ni-TiC-CeO₂ lên bề mặt thép S355, kết quả thí nghiệm cho thấy với tốc độ quét lớp phủ là 7,5 mm/s, có thể đạt được tỷ lệ pha loãng dưới 5%. Đường cong phân cực của các mẫu có tốc độ quét phủ khác nhau (6, 7, 7,5, 8 mm/s) cho thấy mẫu được phủ ở tốc độ 7 mm/s có khả năng chống ăn mòn cao nhất, thể hiện điện thế tự ăn mòn cao hơn và mật độ dòng điện tự ăn mòn thấp hơn. So với thép S355 chưa qua xử lý, thép được phủ cho thấy khả năng chống ăn mòn được cải thiện đáng kể. Lớp phủ composite Al-Ni-TiC-CeO₂ không chỉ cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu nền mà còn tăng cường khả năng chống mài mòn và độ cứng, từ đó kéo dài đáng kể tuổi thọ của vật liệu.

Ở các khu vực ven biển, các piston nâng thủy lực của cửa xả nước phải chịu tác động của vùng bắn tóe nước và vùng thủy triều, nơi điều kiện ăn mòn rất khắc nghiệt. Các kỹ thuật xử lý bề mặt truyền thống như phun lửa và phun plasma thường gặp phải vấn đề về độ xốp cao và độ bám dính kém. Ngược lại, công nghệ phủ lớp bằng laser sử dụng bột hợp kim gốc sắt, gốc niken hoặc gốc coban có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của thanh piston, với tiềm năng thay thế các phương pháp mạ niken và mạ crom truyền thống như một giải pháp bảo vệ chống ăn mòn mới.

Trong các nhà máy điện hạt nhân, cánh quạt của máy bơm nước biển dễ bị ăn mòn và xói mòn do hiện tượng xâm thực khi ngâm trong nước biển. Để giải quyết vấn đề này, ba loại bột phủ hợp kim đã được sử dụng nhằm nâng cao khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ 316. Kết quả cho thấy khi bột hợp kim chứa hàm lượng crom và niken cao, lớp phủ bao gồm austenit với một lượng nhỏ martensit đã làm giảm đáng kể các vấn đề ăn mòn mà cánh quạt phải đối mặt.

Nhìn chung, bột hợp kim có thể được điều chỉnh cho phù hợp với môi trường ăn mòn cụ thể của các bộ phận kim loại nhằm nâng cao khả năng chống ăn mòn của chúng. Ví dụ, vật liệu thép không gỉ có thể được sử dụng trong vùng khí quyển ven biển, trong khi bột hợp kim niken có chứa các thành phần chống mài mòn có thể được bổ sung để sử dụng trong vùng bị nước bắn hoặc vùng thủy triều, nhằm tăng cường khả năng thích ứng của vật liệu tại những khu vực này.

Những nhược điểm của Phủ lớp bằng laser Công nghệ

Độ nhám bề mặt: Lớp phủ có thể có bề mặt gồ ghề, do đó cần phải gia công nếu độ nhẵn bề mặt là yếu tố quan trọng đối với ứng dụng.

Tính đồng nhất và tính ổn định: Độ đồng nhất của lớp phủ, tính ổn định của sản phẩm và thiết bị hỗ trợ có thể chưa đáp ứng được các yêu cầu của sản xuất công nghiệp.

Những khoảng trống trong nghiên cứu lý thuyết: Hiện vẫn còn thiếu các nghiên cứu có hệ thống về quá trình đông đặc hợp kim, những thay đổi bên trong vật liệu và trường nhiệt độ của lớp phủ.

Kết luận

Khi con người ngày càng thâm nhập sâu hơn vào đại dương, sẽ có nhiều thiết bị và linh kiện kim loại được sử dụng trong môi trường biển. Việc hiểu rõ các đặc tính của quá trình ăn mòn trong môi trường biển và phát triển các phương pháp bảo vệ hiệu quả là vô cùng quan trọng. Công nghệ phủ lớp bằng laser có thể được ứng dụng để tạo ra các lớp phủ hợp kim chống ăn mòn cho các linh kiện kim loại, đóng vai trò không thể thiếu trong việc bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển trong tương lai. Công nghệ này sẽ tiếp tục đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ cơ sở hạ tầng biển và sự phát triển của kỹ thuật hàng hải.