Исследование структуры, фазового состава и свойств покрытий системы Ti–Si–B, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме и методом электронно-лучевого оплавления шликерной обмазки. Получение и перспективы применения МАХ-материалов на основе титана.
Разработка многокомпонентных композиционных покрытий на основе тугоплавких соединений направлена на повышение износо- и коррозионной стойкости поверхностных слоев без существенного увеличения стоимости упрочняемых изделий из различных металлов и сплавов. Как показано в [1] на системе Ti-B-Fe, технология электронно-лучевой наплавки (ЭЛН) позволяет наиболее полно реализовать основные условия создания износостойких покрытий на основе боридов титана с ярко выраженной гетерогенной структурой, обеспечивая регулируемый переход от покрытия к основе с прочностью сцепления, сравнимой с прочностью основного материала. В то же время наличие в структуре наплавок железной матрицы не обеспечивает им коррозионную стойкость при температурах выше 773 К. В настоящей работе представлены результаты исследования структуры, фазового состава и свойств покрытий системы Ti-Si-B, полученных электронно-лучевой наплавкой в вакууме и методом электронно-лучевого оплавления шликерной обмазки. В работе [2] в нанокристаллических покрытиях системы Ti-Si-B, полученных вакуумно-плазменным методом с сепарацией плазмы от капельной фракции, обнаружена фаза Ti3SiB2 с наноламинатной структурой. Эта фаза является аналогом карбосилицида титана Ti3SiС2, обладающего высокой жаро - эрозионной и коррозионной стойкостью. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Получение, свойства и перспективы применения МАХ-материалов на основе титана Разработка новых жаропрочных материалов, удовлетворяющих современным требованиям конструкторов авиационных двигателей к наиболее нагруженным деталям (прежде всего, к лопаткам и дискам проточной части турбины), является важнейшей задачей авиационного материаловедения. Рисунок 1 - Типы решеток различных МАХ-фаз Рисунок 2 - Фрагмент таблицы Менделеева, содержащий элементы МАХ-фаз Среди множества МАХ-фаз, синтезированных к настоящему времени, наибольший интерес с позиций уровня их свойств представляют МАХ-фазы на основе титана - Ti2AlC, Ti2AlN, TiAlC2 и особенно Ti3SiC2. Данные о термостабильности и жаростойкости МАХ-фаз [6-10] в аргоне (до 1700 °С) и на воздухе (до 1200…1500 °С) соответственно, свидетельствует об их высокой перспективности для авиадвигателестроения. Процесс синтеза МАХ-фаз Ti2AlC, Ti2AlN, TiAlC2, Ti3SiC2 и др. хорошо обработан в Дрессельском университете (США) М.Барзоу и Эль-Рахи с сотрудниками методом горячего изостатического прессования из смеси тонкодисперсных порошков (2…10 мкм) титана, углерода и карбида кремния с соотношением компонентов 3:1:1 и 5:2:1, а также а Институте перспективных технологий (Нагоя, Япония) З.М. Саном, З.Ф. Янгом и Х. Хашимото методом СВС в интервале температур 1200…1700 °С при давлении аргона 50…300 МПа [13-15]. Авторами работ [13-15] налажено производство объемных заготовок размером более 1 м3 с низкой пористостью (0,5…2%); при этом было установлено, что промежуточной фазой при образовании Ti3SiC2 во всех случаях являлся силицид Ti5Si3. 1.1.3 Свойства МАХ-фаз Физические свойства МАХ-фаз при низких температурах (до 20 °С) были определены в работах [16-18] и систематизированы в диссертации П. 1 приведены данные о механических свойствах некоторых МАХ-материалов при t=20 °C в сравнении с аналогичными свойствами карбида титана, молибдена и титана, в табл. Видно, что Ti3SiC2 обладает свойствами как металлов, так и керамик. Микроструктура МАХ-материалов, синтезированных методами порошковой металлургии (горячего изостатического прессования, СВС и импульсно-разрядного синтеза), имеет слоистую природу и в зависимости от температуры и времени синтеза может быть тонкодисперсной и крупнокристаллической. Таблица 1 - Механические свойства МАХ-материалов при t = 20 °C Вещество Модуль упругости, ГПа Модуль сдвига, ГПа Коэффициент Пуассона Плотность, г/см3 Ti3SiC2 322±2 133,6±0,8 0,200±0,007 4,52 Ti3AlC2 297,5±2 124±2 0,200±0,007 4,20 Ti4AlN3 310±2 127±2 0,220±0,007 4,70 TiC 456-500 193±1 0,18±0,01 4,92 ?-Ti 116±2 43,6±1 - 4,50 ?-Ti 126±2 19±1 - - Mo 318±2 122±1 - - Таблица 2 - Коэффициенты термического расширения ? некоторых МАХ-материалов Вещество Значение ?, К-1 по оси а по оси с Ti2AlC 7,1±0,3 10,0±0,5 Ti2AlN 8,6±0,2 7,0±0,5 Ti3SiC2 8,6±0,3 9,7±0,6 Ti4AlN3 9,6±0,3 8,8±0,5 TiC 7,4±0,2 7,4±0,5 Ti 8,9±0,1 - Рисунок 3 - Зерна, формируемые в Ti3SiC2 методом импульсного разряда (а), и слоистый характер микроструктуры внутри удлиненного зерна (б) Так, в [16] методом импульсно-разрядного синтеза была получена структура, содержащая зерна двух типов - аксиальные и удлиненные (рис. В этих же работах впервые были проведены испытания на усталость круглых образцов (19,5?2,5 мм), полученных механической обработкой из компактного материала Ti3SiC2, с частотой нагружения f = 20 Гц. Испытания на ползучесть образцов из Ti3SiC2 при растяжении были осуществлены М. Радовичем, М.Барзоу и Т.Эль-Рахи [20-22] в зависимости от температуры, скорости нагружения и размера зерна. Поверхность образцов из Ti3SiC2 после выдержки на воздухе при указанной температуре в течение различных промежутков времени исследовали методами сканирующей электро
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
