Интерметаллидные покрытия Al3Ti, сформированные при помощи холодного газодинамического напыления и термической обработки
- Авторы: Корниенко Е.Е.1, Вялова А.Д.1, Шикалов В.С.1, Косарев В.Ф.1, Видюк Т.М.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 22, № 1 (2020)
- Страницы: 80-89
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://bakhtiniada.ru/1994-6309/article/view/301975
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2020-22.1-80-89
- ID: 301975
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, морской и биомедицинской промышленности благодаря высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. К сожалению, они также характеризуются низкой стойкостью к окислению и низкой износостойкостью. Эффективным решением этой проблемы является формирование износостойких и жаростойких покрытий на поверхности титановых заготовок. Цель работы: исследовать влияние параметров термической обработки на формирование алюминида титана из двухслойных покрытий системы Ti-Al, полученных при помощи холодного газодинамического напыления. Материалы и методики. В настоящей работе на пластинах из титанового сплава марки ОТ4 формировали интерметаллидные покрытия типа Al3Ti. Для этого при помощи технологии холодного газодинамического напыления (ХГН) последовательно наносили слой титанового порошка марки ПТОМ-1 (Ti – основа, N < 0,08 %, C < 0,05 %, H < 0,4 %, Fe+Ni < 0,4 %, Si < 0,1 %, Cl < 0,004 %) и слой алюминиевого порошка марки АСД-1 Al99.2 (Al > 99,7 %). Толщина каждого слоя составляла ~ 100 мкм. Образцы с покрытиями нагревали до температур 630, 640, 650 и 660 °С и выдерживали в печи 20, 120 и 300 мин (среда охлаждения – воздух). Структурные и фазовые исследования покрытий проводили с использованием световой микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа. Приведены результаты измерений микротвердости. Результаты. Установлено, что интерметаллидная прослойка, сформировавшаяся на границе раздела между титановым и алюминиевым слоем, имеет химическую формулу Al3Ti. Уровень микротвёрдости прослойки составляет ~ 600 HV. Показано, что толщина прослойки меняется в зависимости от режима термической обработки. Максимальную толщину (98,5 мкм) удалось сформировать после нагрева до 650 °С и выдержки 5 ч. Установлено, что увеличение времени выдержки оказывает большее влияние на рост толщины интерметаллида, чем увеличение температуры.
Ключевые слова
Об авторах
Е. Е. Корниенко
Email: kornienkoee@gmail.com
канд. техн. наук, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, kornienkoee@gmail.com
А. Д. Вялова
Email: nastya13-29.98@mail.ru
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, nastya13-29.98@mail.ru
В. С. Шикалов
Email: v.shikalov@gmail.com
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ул. Институтская, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия, v.shikalov@gmail.com
В. Ф. Косарев
Email: vkos@itam.nsc.ru
доктор физико-математических наук, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ул. Институтская, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия, vkos@itam.nsc.ru
Т. М. Видюк
Email: vidyuk@itam.nsc.ru
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, ул. Институтская, 4/1, г. Новосибирск, 630090, Россия, vidyuk@itam.nsc.ru
Список литературы
- Valkov S., Bezdushnyi R., Petrov P. Synthesis, structure and mechanical properties of Ti-Al-Nb coatings formed by electron beam additive technique // Vacuum. – 2018. – Vol. 156. – P. 140–145. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.07.021.
- Chen C., Feng X., Shen Y. Oxidation behavior of a high Si content Al–Si composite coating fabricated on Ti-6Al-4V substrate by mechanical alloying method // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 701. – P. 27–36. – doi: 10.1016/j.jallcom.2017.01.078.
- Microstructure and high-temperature oxidation resistance of Ti-Al-Nb coatings on a Ti-6Al-4V alloy fabricated by laser surface alloying / J. Dai, S. Li, H. Zhang, H. Yu, C. Chen, Y. Li // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 344. – P. 479–488. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.03.060.
- Tavoosi M., Arjmand S. In situ formation of Al/Al3Ti composite coating on pure Ti surface by TIG surfacing process // Surfaces and Interfaces. – 2017. – Vol. 8. – P. 1–7. – doi: 10.1016/j.surfin.2017.04.002.
- Sitek R., Bolek T., Mizera J. Microstructure and properties of Ti-Al intermetallic/Al2O3 layers produced on Ti6Al2Mo2Cr titanium alloy by PACVD method // Applied Surface Science. – 2018. – Vol. 437. – P. 19–27. – doi: 10.1016/j.apsusc.2017.12.169.
- Mitra R. Structural intermetallics and intermetallic matrix composites. – Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015. – 301 p. – ISBN 978-1-4665-1188-0.
- Intermetallics research progress / Y.N. Berdovsky, ed. – New York: Nova Science Publishers, 2008. – 290 p. – ISBN 978-1600219825.
- Salehi M., Tahvilian A., Karimzadeh F. Surface characteristics and tribological properties of Ti-Al intermetallic compound coatings on ferrous substrates // Surface Engineering. – 2002. – Vol. 18. – P. 368–372. – doi: 10.1179/026708402225006231.
- Formation of detonation coatings based on titanium aluminide alloys and aluminium titanate ceramic sprayed from mechanically alloyed powders Ti-Al / V.E. Oliker, V.L. Sirovatka, I.I. Timofeeva, T.Ya. Gridasova, Ye.F. Hrechyshkin // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, iss. 11. – P. 3573–3581. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2005.02.139.
- The formation of TiAl3 during heat treatment in explosively welded Ti-Al multilayers / F. Foadian, M. Soltanieh, M. Adely, M. Etminanbakhsh // Iranian Journal of Materials Science and Engineering. – 2014. – Vol. 11, iss. 4. – P. 12–19.
- Formation of the intermetallic layers in Ti-Al multilayer composites / V. Mali, D. Lazurenko, I. Bataev, A. Bataev, A. Smirnov, P. Yartsev, V. Bazarkina // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 311. – P. 236–239. – doi: 10.4028/
- Chen Q., Li W., Yang R. Investigation of growth mechanism of plasma electrolytic oxidation coating on Al-Ti double-layer composite plate // Materials (Basel). – 2019. – Vol. 12, iss. 2. – P. 272. – doi: 10.3390/ma12020272.
- Detonation spraying of Ti-Al intermetallics: phase and microstructure development of the coatings / D. Dudina, I. Batraev, V. Ulianitsky, N. Bulina, M. Korchagin, O. Lomovsky // Materials and Manufacturing Processes. – 2014. – Vol. 30, iss. 6. – P. 724–729. – doi: 10.1080/10426914.2014.984221.
- Fabrication of TiAl intermetallic phases by heat treatment of warm sprayed metal precursors / J. Sienkiewicz, S. Kuroda, R.M. Molak, H. Murakami, H. Araki, S. Takamori, K.J. Kurzydlowski // Intermetallics. – 2014. – Vol. 49. – P. 57–64. – doi: 10.1016/j.intermet.2013.12.011.
- Cold-spray coatings: recent trends and future perspectives / P. Cavaliere, ed. – Cham: Springer, 2018. – 569 p. – doi: 10.1007/978-3-319-67183-3_14.
- Adachi S., Nakata K. Study of bonding strength of plasma sprayed Ti-Al coating on mild steel substrate // Plasma Processes and Polymers. – 2007. – Vol. 4, iss. S1. – P. S512–S515. – doi: 10.1002/ppap.200731217.
- Adachi S., Nakata K. Improvement of adhesive strength of Ti–Al plasma sprayed coating // Surface and Coating Technology. – 2007. – Vol. 201, iss. 9–11. – P. 5617–5620. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.07.014.
- Oxidation resistance and modification reaction mechanism of Al coating sprayed on pure Ti substrate / Q. Jia, D. Li, S. Guan, Z. Zhang, N. Zhang, W. Zhao // Advances in Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 2018. – Art. 1403521. – doi: 10.1155/2018/1403521.
- Поверхностное легирование титана алюминием с использованием метода вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей / И.А. Батаев, Д.В. Лазуренко, М.Г. Голковский, И.С. Лаптев, И.К. Чакин, И.С. Иванчик // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 1. – С. 51–60. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-1-51-60.
- Холодное газодинамическое напыление: теория и практика / А.П. Алхимов, С.В. Клинков, В.Ф. Косарев, В.М. Фомин. – М.: Физматлит, 2010. – 539 с. – ISBN 978-5-9221-1210-9.
Дополнительные файлы
