Предложен способ повышения долговечности титановых деталей

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) разработали технологию создания на деталях из титана и титановых сплавов многослойных интерметаллидных покрытий, которые выдерживают высокие температуры, трение и агрессивные среды. Это обеспечивает долговечность и надежность деталей.

Титан и его сплавы благодаря уникальному сочетанию легкости, прочности, термостойкости и коррозионной устойчивости широко применяются в аэрокосмической, судостроительной и химической промышленности. Однако их потенциал может быть существенно расширен за счет формирования на их поверхности функциональных покрытий, в качестве которых успешно используются никелиды титана. Интерметаллические сплавы системы титан-никель известны своими исключительными трибологическими свойствами (сопротивление трению и износу), высокой демпфирующей способностью, стойкостью к коррозии и эрозии.

«Технология перспективна для различных отраслей промышленности. Например, новые покрытия значительно увеличат межремонтный ресурс деталей авиакосмической отрасли. Повышенная износостойкость и коррозионная стойкость, высокие трибологические свойства покрытий позволят увеличить срок эксплуатации изделий химического машиностроения», — отметил один из авторов исследования, заведующий лабораторией кафедры «Сварка, обработка материалов и родственные процессы» ТГУ Юрий Хохлов.

Проведенные авторами исследования показали, что предварительное никелирование титана с последующим диффузионным отжигом позволяет формировать покрытия на основе никелидов титана с высоким комплексом механических и эксплуатационных свойств. Также ученые определили влияние температуры и времени на структуру, химический и фазовый состав интерметаллических слоев.

«Диффузионный отжиг проводили в атмосфере печи сопротивления при температурах от 650 до 850 °C с различным временем выдержки — от 30 минут до 10 часов. Для снижения окисляемости никелевого покрытия партия образцов отжигалась в инертной атмосфере, создаваемой в герметичном контейнере, который заполнялся аргоном», — рассказал Юрий Хохлов.

Исследователи установили, что при отжиге в результате взаимной диффузии никеля и титана многослойное покрытие на основе никелидов титана напрямую зависит от температуры и времени отжига. При температурах 650-850 °C на границе раздела титана и никеля образуется сложное многослойное покрытие, состоящее из четырех, пяти слоев с различным химическим и фазовым составом. Особое внимание ученые уделили проблеме окисления никелевого слоя. Они выяснили, что отжиг в воздушной атмосфере приводит к интенсивному окислению никелевого слоя, тогда как высокотемпературная выдержка в инертной среде (аргоне) полностью предотвращает этот процесс.

По словам ученых, выявленные закономерности позволяют управлять процессом формирования покрытий на основе никелидов титана и получать покрытия заданного химического и фазового состава с необходимым комплексом механических и эксплуатационных свойств. Полученные покрытия демонстрируют исключительную микротвердость, составляющую от 400 до 1000 HV, что значительно выше, чем у исходного титана. Относительное значение износостойкости титановых изделий с новым покрытием возрастает в 2,5 – 4,2 раза по сравнению с титаном. Это означает кратное увеличение срока службы деталей в условиях трения и износа.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2023» национального проекта «Молодежь и дети».

Источник: Пресс-служба Минобрнауки РФ