Интерметаллидные покрытия Al3Ti, сформированные при помощи холодного газодинамического напыления и термической обработки

Обложка

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.

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Mitra R. Structural intermetallics and intermetallic matrix composites. – Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015. – 301 p. – ISBN 978-1-4665-1188-0.
  7. Intermetallics research progress / Y.N. Berdovsky, ed. – New York: Nova Science Publishers, 2008. – 290 p. – ISBN 978-1600219825.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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/ href='www.scientific.net/AMR.311-313.236' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.311-313.236.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).