36、海洋结构与3D打印的材料优化研究

海洋结构与3D打印的材料优化研究

1. 海洋结构的腐蚀防护与性能提升

在海洋结构应用中，钢材结构凭借高疲劳强度、高拉伸强度、出色的尺寸稳定性和热导率等优势，多年来一直被广泛使用。然而，海洋环境中的海水和大气条件会导致这些结构发生腐蚀。常见的海洋结构采用厚度在6 - 20mm的低碳钢制造，这种钢材容易腐蚀，即便有油漆涂层，在6 - 12个月内也会与海洋大气反应形成锈层。

为解决这一问题，研究人员提出使用Ni - Cr粉末涂层，通过等离子喷涂技术将其涂覆在低碳钢结构上，涂层厚度分别为100和150µm。以下是详细的材料与方法：
- 材料选择
- 低碳钢 ：作为基础金属，成本低且拉伸强度高，但易与大气中的氧气和水分反应，导致材料性能下降和生锈。
- 镍铬合金（Nichrome） ：由80%的镍和20%的铬组成，呈银灰色，具有抗氧化性，广泛用于耐腐蚀和电阻应用。其在标准温度和压力下的性能参数如下表所示：
| 材料属性 | 值 |
| ---- | ---- |
| 密度 | 8400 kg/m³ |
| 弹性模量 | 2.2 × 10¹¹ N/m² |
| 熔点 | 1400 °C |
| 比热容 | 450 J/kgK |
| 热导率 | 11.3 W/mK |
| 热膨胀系数 | 14 × 10⁻⁶ K⁻¹ |

• 试样制备
  1. 将低碳钢切割成500mm × 500mm × 6mm的尺寸。