KhARAKTERISTIKA Ti-Zr-POKRYTIYa NA TITANOVOM SPLAVE Ti6Al4V

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Впервые Ti-Zr-покрытия были приготовлены путем электроискровой обработки титанового сплава Ti6Al4V в анодной смеси титановых гранул с добавлением 2, 4 и 6 об.% порошка циркония. Структура покрытий исследовалась методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии. Материал покрытий представляет собой твердый раствор α-(Ti-Zr). При повышении содержания циркониевого порошка в анодной смеси с 2 до 6 об.% содержание циркония в покрытии возрастало с 23,5 до 34,2 ат.%. При этом по глубине покрытия его содержание было равномерным. Коррозионные свойства образцов с покрытиями исследовались методами потенциодинамической поляризации и спектроскопии электрохимического импеданса в 3,5%-ном водном растворе NaCl. Испытание на циклическую жаростойкость проводилось при температуре 900 °С в течение 100 ч. Показано, что применение Ti-Zr-покрытий позволяет снизить скорость коррозии титанового сплава Ti6Al4V до 4,3 раз и повысить его жаростойкость до 1,84 раза. При увеличении содержания циркония в покрытии микротвердость Ti-Zr-покрытий монотонно возрастала от 4,68 до 6,39 ГПа, коэффициент трения повышался от 0,71 до 0,81, а износ покрытий монотонно снижался с 11,98•10-5 до 7,35•10-5 мм3/(Н•м).

References

  1. Sidhu, S.S. A review on alloy design, biological response, and strengthening of β-titanium alloys as biomaterials / S.S. Sidhu, H. Singh, M.A.H. Gepreel // Mater. Sci. Eng. : C. 2021. V.121. P.111661. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111661.
  2. Golubeva, A.A. Layer-by-layer analysis of the Cr–Ni– Ti coating substructure obtained via selective laser melting / A.A. Golubeva, S.V. Konovalov, Y.F. Ivanov, K.A. Osintsev, I.A. Komissarova // J. Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2020. V.14. P.1022—1028. DOI 10.1134/ S1027451020050286.
  3. Тамбовский, И.В. Повышение твердости и износостойкости технического титана анодной электролитно-плазменной цементацией / И.В. Тамбовский, С.А. Кусманов, Т.Л. Мухачева, Б.Л. Крит, И.В. Cуминов, Р.С. Хмыров, И.Р. Палёнов, Р.А. Вдовиченко, В.И. Морозов // Металлы. 2023. №3. С.11—17. doi: 10.31857/S0869573323030023
  4. Noronha Oliveira, M. Can degradation products released from dental implants affect peri-implant tissues? / M. Noronha Oliveira, W.V.H. Schunemann, M.T. Mathew, B. Henriques, R.S. Magini, W. Teughels, J.C.M. Souza // J. Periodontal Res. 2018. V.53. №1. P.1—11. https://doi.org/10.1111/jre.12479
  5. Cai, F. Effect of inserting the Zr layers on the tribocorrosion behavior of Zr/ZrN multilayer coatings on titanium alloys / Cai F., Zhou Q., Chen J., Zhang S. // Corros. Sci. 2023. V.213. P.111002. https:// doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111002
  6. Akimoto, T. Evaluation of corrosion resistance of implant use TiZr binary alloys with a range of compositions / T. Akimoto, T. Ueno, Y. Tsutsumi, H. Doi, T. Hanawa, N. Wakabayashi // J. Biomedical Mater. Res. Pt.B: Applied Biomaterials. 2018. V.106. №1. P.73—79. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33811
  7. Tsutsumi, Y. Difference in surface reactions between titanium and zirconium in Hanks’ solution to elucidate mechanism of calcium phosphate formation on titanium using XPS and cathodic polarization / Y. Tsutsumi, D. Nishimura, H. Doi, N. Nomura, T. Hanawa // Mater. Sci. Eng. : C. 2009. V.29. №5. P.1702—1708. https://doi.org/10.1016/ j.msec.2009.01.016
  8. Milosev, I. Conversion coatings based on zirconium and/or titanium / I. Milosev, G.S. Frankel // J. Electrochem. Soc. 2018. V.165. №3. P.C127—C144. doi: 10.1149/2.0371803jes
  9. Balla, V.K. Laser-assisted Zr/ZrO coating on Ti for load-bearing implants / V.K. Balla, W. Xue, S. Bose, A. Bandyopadhyay // Acta Biomaterialia. 2009. V.5. №7. P2800—2809. https://doi.org/10.1016/ j.actbio.2009.03.032
  10. Romanov, D.A. Titanium-zirconium coatings formed on the titanium implant surface by the electroexplosive method / D.A. Romanov, K.V. Sosnin, V.E. Gromov, V.A. Bataev, Y.F. Ivanov, A.M. Glezer, R.V. Sundeev // Materials Letters. 2019. V.242. P.79—82. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.01.088
  11. Smolina, I. Structure and phase structure of electrospark Zr coatings on titanium alloys / I. Smolina // Challenges of Modern Technol. 2012. V.3. №2. P.12— 14.
  12. Пячин, С.А. Влияние добавок оксидов и карбидов металлов на свойства интерметаллидных TIAl электроискровых покрытий / С.А. Пячин, А.А. Бурков, Н.М. Власова, Е.А. Кириченко // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. Т.13. №2. С.168—173.
  13. Shafyei, H. Fabrication, microstructural characterization and mechanical properties evaluation of Ti/TiB/ TiB composite coatings deposited on Ti6Al4V alloy by electro-spark deposition method / H. Shafyei, M. Salehi, A. Bahrami // Ceramics Internat. 2020. V.46. №10. P.15276—15284. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.068
  14. Pyachin, S.A. Formation and study of electrospark coatings based on titanium aluminides / S.A. Pyachin, A.A. Burkov, V.S. Komarova // J. Surface Investigation : X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2013. V.7. №3. P.515—522. DOI: 10.1134/ S1027451013030336.
  15. Pyachin, S.A. Formation of intermetallic coatings by electrospark deposition of titanium and aluminum on a steel substrate / S.A. Pyachin, A.A. Burkov // Surface Eng. Applied Electrochem. 2015. V.51. №2. P.118—124. doi: 10.3103/S1068375515020131.
  16. Бурков, А.А. Характер массопереноса при электроискровом осаждении твердого сплава ВК8 на сталь 35 в среде гранул / А.А. Бурков // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. №10. С.33—38.
  17. Бурков, А.А. Влияние энергии разрядных импульсов при электроискровом осаждении аморфных покрытий / А.А. Бурков // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2022. Т.58. №5. С.526—536. doi: 10.31857/S0044185622050059
  18. Kwok, D.Y. Contact angle measurement and contact angle interpretation / D.Y. Kwok, A.W. Neumann // Advances in colloid and interface science. 1999. V.81. №3. P.167—249. doi: 10.1016/S00018686(98)00087-6
  19. Jl, M. Binary alloy phase diagrams, in alloy phase diagram / M. Jl ; ed by A. Baker // ASTM Internat., Mater. Park, OH. 1987. V.340.
  20. Ho, W.F. Structure, mechanical properties, and grindability of dental Ti–Zr alloys / Ho W.F., Chen W.K., Wu S.C., Hsu H.C. // J. Mater. Sci. : Materials in medicine. 2008. V.19. P.3179—3186.
  21. Бурков, А.А. Ti-Cr-Cu электроискровые покрытия на стали Ст3 / А.А. Бурков, В.О. Крутикова, А.Ю. Быцура, В.К. Хе // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2023. №1. С.93—104. doi: 10.54826/19979258_2023_1_93
  22. Li, Y.C. Effect of spray powder particle size on the bionic hydrophobic structures and corrosion performance of Fe-based amorphous metallic coatings / Li Y.C., Zhang W.W., Wang Y., Zhang X.Y., Sun L.L. // Surf. Coat. Technol. 2022. V.437. Art.128377. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128377
  23. Rosalbino, F. Corrosion behavior assessment of cast and HIPed Stellite 6 alloy in a chloride-containing environment / F. Rosalbino, G. Scavino // Electroch. Acta. 2013. V.111. Р.656—662. DOI 10.1016/ j.electacta.2013.08.019.
  24. Горелов, В.П. Высокотемпературные фазовые переходы в ZrO / В.П. Горелов // ФТТ. 2019. Т.61. №7. С.1346—1351.
  25. Wang, W. The improved corrosion and wear properties of Ti-Zr based alloys with oxide coating in simulated seawater environment / Wang W., Cui W., Xiao Z., Qin G. // Surf. Coat. Technol. 2022. V.439. Art.128415.
  26. Cordeiro, J.M. Characterization of chemically treated Ti-Zr system alloys for dental implant application / J.M. Cordeiro, L.P. Faverani, C.R. Grandini, E.C. Rangel, N.C. da Cruz, F.H.N. Junior, W.G. Assunсa~o // Mater. Sci. Eng. : C. 2018. V.92. P.849—861. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.07.046
  27. Vashishtha, N. Abrasive wear maps for high velocity oxy fuel (HVOF) sprayed WC-12Co and CrC-25NiCr coatings / N. Vashishtha, S.G. Sapate // Tribology international. 2017. V.114. P.290—305. DOI: 10.1016/ j.triboint.2017.04.037.

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies