Оптимізація структурно-фазового стану азотованих шарів на титанових сплавах з метою підвищення корозійної тривкості в агресивних середовищах - Автореферат

Перспективним у цьому плані є азотування, яке дозволяє підвищити цілий комплекс властивостей сплавів, таких як корозійна тривкість, корозійно-механічна міцність, зносотривкість. Проте в існуючій практиці азотування титанових сплавів здійснюється при високих температурах (950…1000 ОС) і тривалих витримках (10…30 год), внаслідок чого підвищується дефектність та шорсткість нітридної поверхні, що не дозволяє реалізовувати рівень корозійної тривкості, характерний для нітридів титану. Робота виконувалась у Фізико-механічному інституті НАН України згідно проекту Міннауки України 07.02.06/061-93 "Розробка технологій хіміко-термічної обробки титанових сплавів для насосів типу КТС і технологічного обладнання хімічної промисловості", а також теми 2.25.3.3 "Дослідження закономірностей та механізмів формування функціональних оксидних і нітридних шарів в нестаціонарних умовах" (затверджено постановою Бюро Відділення ФТПМ НАНУ, протокол №8 від 13.05.1997 р.). Мета роботи полягає у дослідженні впливу морфології термодифузійних шарів на корозійну тривкість титанових сплавів в розчинах мінеральних кислот і оптимізації структурно-фазового стану та параметрів захисних нітридних і оксинітридних шарів. Дослідити вплив морфології азотованого шару та якості нітридної поверхні (дефектності, шорсткості та гомогенності за фазовим складом) на корозійну тривкість титанових сплавів.Обгрунтовано пріоритетність використання азотування та вказано на основні існуючі труднощі при досягненні оптимальних функціональних властивостей азотованих шарів. Досліджували промислові титанові сплави різних структурних класів у стані поставки: технічний титан ВТ1-0; псевдо-а-сплав ОТ4-1 (Ti-1,7Al-1,0Mn); (a b)-сплав ВТ6с (Ti-5,1Al-4,1V); b-сплав ВТ35 (Ti-2,71Al-0,5Zr-3,0Sn-13,7V-0,54Mo-3,46Cr-0,09Fe-0,05Si). У 40%-ному водному розчині сірчаної кислоти швидкість корозії титанових сплавів зростає на два-чотири порядки у порівнянні з 5%-ним розчином, а у 80%-ному - ще у два-три рази. Аналіз фазового складу поверхневих пасивних плівок, які утворюються на титанових сплавах в процесі корозії, а саме переважаюче формування оксидів у соляній кислоті та гідриду у сірчаній та фосфорній кислотах, що є наслідком різної активності хлор-, сульфат-та фосфат-іонів у процесах пасивації, дозволив обгрунтувати необхідність диференційованого підходу до захисту титанових сплавів у розчинах мінеральних кислот. На підставі цього зроблено висновок про необхідність захисту титанових сплавів у розчинах соляної кислоти шляхом формування нітридних шарів, а в розчинах сірчаної та фосфорної кислот - оксинітридних шарів.Показано, що оптимальний захист забезпечується шляхом формування нітридних шарів для використання в розчинах соляної кислоти і оксинітридних шарів для використання в розчинах сірчаної та фосфорної кислот. Показано, що зміна морфології азотованого шару від твердого розчину азоту в титані до твердого розчину і нітридних острівців та твердого розчину і нітридної плівки на поверхні спричинює підвищення корозійної тривкості. Показано, що зменшення шорсткості поверхні при збереженні товщини нітридного шару (понад 1 мкм), а також зменшення домішок кисню у нітридному шарі підвищує корозійну тривкість азотованих титанових сплавів у водних розчинах соляної кислоти. Використання нагрівання зразків у вакуумі перед азотуванням підвищує якість нітридної поверхні (знижує шорсткість та дефектність), сприяє гомогенізації поверхні за рахунок зменшення кількості домішок кисню у складі нітридного шару та дозволяє підвищити корозійну тривкість і зберегти високий рівень механічних властивостей. Показано, що найвищий рівень корозійної тривкості у розчинах сірчаної та фосфорної кислот забезпечують оксинітридні шари складу TIN0,6O0,4, причому швидкість корозії таких шарів зменшується більше, ніж у 3 рази у порівнянні з азотованими шарами.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ