Розроблення способів оксинітрування для підвищення зносо- та корозійної тривкості титанових сплавів

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Титан характеризується високим комплексом фізико-хімічних і механічних властивостей: питомою міцністю, корозійною тривкістю, біосумісністю. Прикрим недоліком титанових сплавів є низький опір зносу та схильність до схоплювання при терті. Тому використання титанових сплавів без додаткової обробки в умовах дії контактних навантажень є обмеженим. Окрім цього, в особливо агресивних середовищах, наприклад, у розчинах мінеральних кислот високих концентрацій, власна корозійна тривкість титану теж є недостатньою.

Для покращення роботоздатності деталей із титанових сплавів в умовах дії контактних навантажень та корозійних середовищ необхідно підвищити рівень фізико-хімічних і механічних властивостей їх робочих поверхонь. Таке завдання, як правило, вирішують, формуючи захисні та зносотривкі покриття.

Традиційними матеріалами для створення корозійно- та зносотривких покриттів є такі бінарні сполуки титану як оксиди та нітриди. Висока температура плавлення, термодинамічна стійкість за високих температур, твердість, зносо-тривкість, коефіцієнти термічного розширення, термо- та корозійна тривкість, електроопір тощо цих сполук сприяють тому, що відповідні процеси оксидування та азотування підвищують експлуатаційні характеристики титанових сплавів. Розроблені процеси термічного оксидування та вакуумного азотування використовуються у практиці хіміко-термічної обробки титанових сплавів.

Проте сучасна техніка характеризується постійно зростаючими робочими температурами, високими швидкостями, складними навантаженнями та необхідністю експлуатації окремих вузлів машин та механізмів в умовах впливу особливо агресивних середовищ. Це висуває додаткові вимоги до титану як конструкційного матеріалу, до властивостей його поверхні.

Останнім часом значний інтерес викликають багатокомпонентні фази втілення на основі титану, в тому числі і оксинітриди титану. Більшість характеристик оксинітридів успадковується від оксидів та нітридів, проте ряд фізико-хімічних характеристик, зокрема, твердість, зносо- і корозійна тривкість, жароміцність, радіаційна міцність та інші, перевищують характеристики бінарних сполук. Це пов'язано з нелінійною зміною параметрів електронної структури потрійних сполук і типу хімічного зв'язку між атомами залежно від їх складу. Значні успіхи у вивченні оксинітридів титану досягнули Г.П. Швейкин, Ю.Г. Зайнулин, С.И. Алямовский, И.А. Цыганов, N. Martin, F. Vaz, E. Alves, A. Glaser та ін.

Виходячи із властивостей оксинітридних сполук, формування їх в якості функціональних покриттів, в тому числі і на титанових сплавах, є перспективним напрямом інженерії поверхні.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - встановити закономірності регламентованого модифікування нітридних шарів киснем і розробити способи оксинітрування для підвищення зносо- та корозійної тривкості титанових сплавів.

Для досягнення поставленої мети слід розв'язати такі задачі:

1. Дослідити вплив нестехіометрії нітриду титану на ступінь його модифікування киснем.

2. Визначити вплив параметрів кисневмісного середовища на фазовий склад і характеристики поверхневих шарів титанових сплавів після оксинітрування.

3. Встановити механізм формування оксинітридів титану при модифікуванні азотованих шарів киснем.

4. Встановити особливості корозійної поведінки оксинітридних шарів в агресивних середовищах та фізіологічних розчинах.

5. Дослідити триботехнічну поведінку титанових сплавів після оксинітрування.

6. Дослідити вплив оксинітрування на міцнісні та втомні характеристики титанових сплавів.

7. Розробити способи оксинітрування для підвищення зносо- та корозійної тривкості титанових сплавів.

1. Літературні дані щодо фізико-хімічних властивостей оксинітридів титану та експлуатаційних характеристик покриттів на їх основі, а саме корозійної тривкості в особливо агресивних середовищах та біомедичних характеристик

Проведено критичний аналіз основних методів формування покриттів на основі оксинітридів титану. Сформульовано мету та задачі роботи.

2. Дані про досліджувані матеріали та методичні аспекти дисертаційної роботи

Оксинітрували зразки промислових титанових сплавів: ВТ1-0, ПТ-7М, ОТ4, ВТ20, ВТ6с та ВТ14.

Оксинітрування здійснювали шляхом модифікування нестехіометричного нітриду титану киснем. Така схема оксинітрування дозволяє формувати покриття на деталях різної конфігурації та характеризується високою відтворюваністю результатів. Процес модифікування реалізовували, подаючи у систему контрольоване кисневмісне середовище на завершальній стадії азотування (при охолодженні). Відтак, від температури азотування до 500С відбувається контрольоване окиснення сформованого нітриду титану (оксинітрування). Нижче 500С камеру вакуумують.

За такої схеми оксинітрування фазовий склад поверхневих шарів і їх характеристики визначаються як параметрами процесу азотування (температурою азотування TA, тривалістю азотування фA, парціальним тиском азоту pN2), так і параметрами процесу модифікування киснем (температурою початку модифікування TM, тривалістю модифікування М, парціальним тиском кисню pO2).

Використовували технічно чистий молекулярний азот, який перед подачею в реакційний простір печі висушували та звільняли від кисню, пропускаючи через капсулу з силікагелем і нагріту на ~50С вище температури насичення титанову стружку. Для усунення природних оксидних плівок та унеможливлення утворення нових на стадії нагріву, до температури азотування ТА зразки нагрівали у вакуумі 10-3 Па. Азотували за температур ТА = 800…950 оС. Ізотермічну витримку в азоті А змінювали від 1 до 10 год. Парціальний тиск азоту pN2 складав 105 і 10 Пa.

Модифікування нітридного шару титану киснем здійснювали за температур початку модифікування ТМ 950, 850, 750 і 650 оС. Ізотермічну витримку в кисне-вмісному середовищі М за температури початку модифікування змінювали від 0,5 до 1,5 год. Парціальний тиск кисню pО2 становив 0,0001…1 Па.

Описано методи дослідження сформованих покриттів, у тому числі рентгенівський фазовий аналіз (рентгенівський дифрактометр ДРОН-3), оптична мікроскопія (Epiquant), електронна спектроскопія (EVO 40XVP із системою мікроаналізу INCA Energy), дюрометричний аналіз (мікротвердомір ПМТ-3М), ваговий (вага Voyager фірми “OHAUS” з точністю 0,0001 г) та потенціодинамічний (IPC-pro) методи дослідження корозійних характеристик, визначення зносотривкості за схемою спряження диск-колодка (СМЦ-2), і методи механічних випробувань (на тимчасовий опір руйнуванню за одновісного розтягу (розривні машини РМ1 і Р-0,5), на малоциклову втому за схемою малоциклового чистого згину в режимі жорсткого навантаження із заданою амплітудою деформації за частоти навантаження н=0,5 Гц на повітрі (УМДУ-01), на опір втомі за схемою обертового згину, на сповільнене руйнування під статичним навантаженням).

3. Загальні закономірності модифікування нітридних шарів титану киснем

Встановлено вплив нестехіометрії нітриду титану TiNx на ступінь його модифікування киснем.

Оскільки при азотуванні ступінь заповнення неметалевої підґратки нітриду лінійно збільшується зі збільшенням вмісту азоту, то параметри азотування, які впливають на його вміст, визначають комплектність сформованого на поверхні титану нітриду. Такими параметрами є температура ТА та тривалість азотування А, парціальний тиск азоту pN2.

Залежно від параметрів азотування змінюється склад сформованого моно- нітриду титану. Зокрема, для технічно чистого титану ВТ1-0 при А = 5 год і pN2 = 105 Па з підвищенням ТА від 800 до 950 оС вміст азоту у складі нітриду титану збільшується від 37,6 до 41,1 ат %, що відповідає зміні складу від TiN0,75 до TiN0,82. При ТА = 950 оС і pN2 = 105 Па з подовженням А від 1 до 10 год вміст азоту у складі нітриду титану збільшується від 35,6 до 45,0 ат %, що відповідає зміні його складу від TiN0,71 до TiN0,90. При А = 5 год і ТА = 850С зі зниженням pN2 від 105 до 1 Па вміст азоту у нітриді зменшується від 40,6 до 34,6 ат %, що відповідає зміні складу від TiN0,81 до TiN0,69.

Таким чином, задаючи ті чи інші параметри азотування, можна формувати на поверхні титанових сплавів мононітрид титану різної нестехіометрії.

Дослідження впливу параметрів процесу азотування на фізико-хімічні характеристики поверхневих шарів титанових сплавів після модифікування їх киснем проводили при pO2=0,001 Па, ТМ=ТА, М=охол. від ТА до 500С.

Результати рентгенівського фазового аналізу вказують на те, що модифікування киснем (окиснення) нітриду титану, сформованого на поверхні титанових сплавів, інтенсивніше проходить у випадку, коли температура азотування є нижчою, тобто відхилення від стехіометрії сформованого на етапі азотування нітриду титану є більшим (TiN0,75 проти TiN0,82). Кількість оксидної фази у поверхневих модифікованих шарах збільшується і зі зменшенням ізотермічної витримки на стадії азотування, тобто теж у випадку, коли відхилення складу нітриду титану від стехіометричного є більшим (TiN0,71 проти TiN0,90).

Від температури і тривалості азотування залежить не лише структурно-фазовий склад поверхневих шарів титанових сплавів після оксинітрування, але й склад оксинітриду титану. При модифікуванні киснем нестехіометричного нітриду титану формується оксинітрид титану, період ґратки якого збільшується зі збільшенням як температури, так і тривалості азотування. Враховуючи залежність періоду ґратки оксинітриду титану від вмісту кисню, можна стверджувати, що зі зростанням температурно-часових параметрів азотування вміст кисневої компоненти у складі оксинітриду титану зменшується. При цьому його склад наближається до еквіатомного: з підвищенням температури від TiN0,46O0,54 до TiN0,49O0,51, а з подовженням тривалості азотування від TiN0,41O0,59 до TiN0,49O0,51.

Як з підвищенням температури азотування, так і з подовженням ізотермічної витримки в азоті на стадії азотування зростає поверхнева мікротвердість оксинітрованих титанових сплавів. Рівень їх поверхневого зміцнення визначається структурно-фазовим станом поверхневих шарів і складом оксинітриду титану, що залежить від ступені комплектності (нестехіометрії) нітриду титану TiNx.

Встановлено, що зі збільшенням комплектності нітриду титану в межах TiN0,82…0,90, а, відтак, зі зменшенням вмісту оксидної фази у поверхневих модифікованих шарах та зі зменшенням кисневої компоненти в складі оксинітриду титану, рівень поверхневого зміцнення титанових сплавів після оксинітрування збільшується. Тобто, при незмінних інших параметрах насичення приріст поверхневої мікротвердості відносно відповідного азотування (так званий ефект оксинітрування ДН) вищий, коли вищою є температура та тривалішою ізотермічна витримка в азоті на стадії азотування.

Серед досліджуваних титанових сплавів найбільший ефект оксинітрування характерний для -титану ВТ1-0. Різниця між іншими сплавами не така відчутна, спостерігається тенденція до зменшення Н з переходом від - до (+)-структурного класу титанових сплавів.

При оксинітруванні за збереження температурно-часових параметрів на етапі азотування, впливати на нестехіометрію TiNx можна, змінюючи парціальний тиск азоту pN2. Так, при зменшенні парціального тиску азоту від атмосферного до 10 Па, коли ще зберігається структурно-фазовий стан поверхневих шарів (на поверхні формується вищий нітрид титану TiNx), період ґратки нітриду титану зменшується, тобто відхилення від стехіометрії сформованого нітриду титану збільшується (від TiN0,81 до TiN0,71). Після оксинітрування зі зменшенням парці-ального тиску азоту інтенсифікується оксидоутворення, збільшується вміст кисневої компоненти у складі оксинітриду титану, що обумовлює зменшення ефекту оксинітрування.

Таким чином, модифікування киснем нітриду титану (ступінь окиснення) інтенсивніше, коли склад нітриду титану є ближчим до нижньої границі області його гомогенності (TiN0,69…0,75). При цьому ефект оксинітрування (приріст поверхневої мікротвердості відносно відповідного азотування) вищий, коли склад нітриду титану є ближчим до верхньої границі області його гомогенності (TiN0,79…0,90).

Дослідження впливу параметрів кисневмісного середовища на фізико-хімічні характеристики азотованих поверхневих шарів титанових сплавів при модифікуванні їх киснем проводили за pN2=105 Па, ТА=850 та 950 оС, A=1 та 5 год.

Дослідження показали, що при оксинітруванні зі збільшенням парціального тиску кисню від 0,0001 до 1 Па за температури азотування ТА=950С забарвлення поверхні зразків титанових сплавів змінюється від бузково-сірого до сіро-голубого. Бузково-сіре забарвлення поверхні титанових сплавів за парціального тиску кисню 0,0001…0,01 Па опосередковано свідчить про формування оксинітридів титану.

Візуальні спостереження корелюють з результатами рентгенівського фазового аналізу. Так, за парціального тиску кисню 0,0001…0,001 Па процес утворення оксинітридів титану є превалюючим перед оксидоутворенням. Про це свідчить присутність повного спектру дифракційних максимумів оксинітридної фази на дифрактограмах за відсутності рефлексів оксидних фаз.

Зі збільшенням парціального тиску кисню оксидоутворення активізується. За парціального тиску кисню 0,1…1 Па на дифрактограмах присутня значна кількість рефлексів оксидної фази TiO2 високої відносної інтенсивності.

За парціального тиску кисню вище, ніж 1 Па на поверхні титанових сплавів формується поверхнева оксидна плівка, схильна до сколювання і відшарування.

Як відомо, зміна вмісту кисню відображається на періоді а кубічної гране- центрованої ґратки оксинітриду титану. Зі зменшенням парціального тиску кисню від 1 до 0,0001 Па значення періоду ґратки сформованого оксинітриду титану збільшується. Враховуючи залежність періоду ґратки оксинітриду титану від вмісту кисню, можна стверджувати, що зі зменшенням парціального тиску кисню у вказаних межах вміст кисневої компоненти у складі оксинітриду титану зменшується, а його склад наближається до еквіатомного.

Окрім парціального тиску кисню pО2, вивчено вплив на фізико-хімічні характеристики поверхневих шарів титанових сплавів температури початку модифікування ТМ і тривалості модифікування М.

Згідно результатів рентгенівського фазового і мікрорентгеноспектрального аналізу, зі зниженням температури початку модифікування ТМ фазоутворення на поверхні модифікованих титанових сплавів зміщується у бік оксинітридоутворення.

При цьому період ґратки сформованого на поверхні сплавів оксинітриду титану зростає, і відповідно вміст кисню у його складі зменшується. Внаслідок гальмування оксидоутворення та формування оксинітридів із більшим вмістом азотної компоненти у їх складі зростає поверхнева мікротвердість оксинітрованих титанових сплавів.

Згідно з результатами рентгенівського фазового аналізу, тривалість модифікування М не впливає на структурно-фазовий стан поверхневих шарів титанових сплавів. Зі збільшенням тривалості модифікування на дифракційних спектрах спостерігається перерозподіл максимумів інтенсивності оксинітридної фази, що є свідченням зміни складу оксинітриду (заміна N на O у неметалевій підґратці) в напрямку збільшення кисневої компоненти. Перерозподіл максимумів інтенсивності нітриду Ti2N підтверджує нівелювання текстури у напрямку (002) зі збільшенням М. Ці структурні зміни у поверхневих шарах оксинітрованого титану обумовлюють зміну топографії поверхні: середнє арифметичне відхилення профілю поверхні зростає. Рівень поверхневого зміцнення при цьому практично не змінюється.

Таким чином, зі зниженням температури початку модифікування ТМ та скороченням його тривалості М вміст кисневої компоненти у сформованих оксинітридах титану зменшується, а їх склад прямує до еквіатомного.

В процесі оксинітрування титану та його сплавів, окрім утворення поверхневої плівки, елементи втілення (азот і кисень) дифундують в глибину металу. В результаті формується перехідний дифузійний шар з підвищеною відносно матриці мікротвердістю, який відмежовує функціональну плівку від титанової матриці.

Встановлено, що при оксинітруванні за пропонованою схемою товщина дифузійного шару титанових сплавів не залежить від парціального тиску кисню pО2, а визначається лише параметрами азотування, які забезпечують формування перехідного дифузійного шару відповідної товщини.

З підвищенням температури азотування ТА, збільшенням тривалості азотування А та зменшенням парціального тиску азоту pN2 дифузійний шар потовщується. Слід зазначити, що товщина дифузійного шару залежить від фазового складу сплаву, і зі збільшенням у сплаві в-фази зростає, адже коефіцієнт дифузії азоту у ній більший, ніж в -фазі титану.

Відомо, що для ефективної роботи деталей з термодифузійним покриттям достатньо забезпечити дифузійний шар завтовшки 60…100 мкм. Аналіз кінетичних залежностей товщини дифузійного шару за досліджуваних параметрів дозволив обумовити часовий параметр фA у схемі оксинітрування: для забезпечення регламентованої товщини дифузійного шару при оксинітруванні в діапазоні температури азотування 850…950 оС за парціального тиску азоту не нижче 10 Па тривалість азотування складає 1…10 год.

Проаналізувавши отримані закономірності оксинітрування титанових сплавів, можна стверджувати, що на стадії азотування формується поверхневий нітрид титану нестехіометричного складу - TiN0,69…0,90. Зі збільшенням величин параметрів азотування склад нітриду титану наближається до стехіометричного. При модифікуванні нестехіометричного нітриду титану киснем відбувається заміщення атомів азоту на атоми кисню з формуванням на поверхні оксинітриду титану TiNxO1-x, в якому величина азотної складової зі збільшенням величин параметрів модифікування зменшується, аж до утворення оксиду титану TiO2-y. Коли склад нітриду титану ближчий до нижньої границі області його гомогенності (TiN0,69…0,75) при оксинітруванні забезпечується вищий ступінь окиснення, коли ближчий до верхньої границі (TiN0,81…0,90) - вищий ступінь поверхневого зміцнення. У процесі окиснення товщина шару оксинітриду росте, а з формуванням і ростом шару оксиду - зменшується, аж до повного відновлення нітридних фаз. Величина азотної складової по перерізу оксинітридного шару збільшується від поверхні до межі поділу функціональна плівка - дифузійний шар.

Розроблено алгоритм керування параметрами процесу оксинітрування, що дає можливість формувати регламентований структурно-фазовий стан поверхневих шарів, а саме, з оксидною і оксинітридною плівками та нижчим рівнем поверхневого зміцнення (І) та з оксинітридною плівкою та вищим рівнем поверхневого зміцнення (ІІ).

Зокрема, за збереження температурно-часових параметрів процесу модифікування киснем зі збільшенням параметрів азотування за нижчого парціального тиску кисню (0,0001 Па) вміст кисневої компоненти у складі оксинітриду титану, а за вищого (0,1 Па) вміст оксидної фази у поверхневих модифікованих шарах, зменшується. Відповідно, за збереження параметрів азотування зі збільшенням температурно-часових параметрів процесу модифікування киснем, навпаки, збільшується.

4. Експлуатаційні характеристики титанових сплавів після оксинітрування, зокрема зносо- та корозійну тривкість у водних розчинах неорганічних кислот (хлоридної, сульфатної) високих концентрацій та фізіологічних розчинах (0,9 % NaCl, розчині Рінгера (NaCl - 9,00 г/л; CaCl2 - 0,24 г/л; KCl - 0,43 г/л; NaHCO3 - 0,20 г/л))

Встановлено, що оксинітрування забезпечує титановим сплавам високу зносо- та корозійну тривкість, причому така обробка ефективніша за оксидування та азотування.

Показано доцільність диференційованого підходу до вибору структурно-фазового стану поверхневих шарів оксинітрованого титану в залежності від умов експлуатації. Зокрема, у парі з бронзою кращі триботехнічні характеристики має оксинітрований титан структурно-фазового стану І, а у парі зі сталлю - структурно-фазового стану ІІ.

Антикорозійні характеристики оксинітрованого титану структурно-фазового стану ІІ кращі у водних розчинах хлоридної кислоти, а структурно-фазового стану І - у водних розчинах сульфатної кислоти, що узгоджується із впливом хімічного зв'язку вказаних сполук на їх антикорозійні характеристики в різного типу агресивних середовищах.

Оксинітрування покращує антикорозійні характеристики титану у фізіоло- гічних розчинах при збереженні означених вище закономірностей: корозійна тривкість титану, оксинітрованого на структурно-фазовий стан ІІ, вища у 0,9 %-му розчині хлориду натрію, а на структурно-фазовий стан І - у розчині Рінгера.

Вплив оксинітрування на характеристики міцності, пластичності, втомної довговічності менш істотний, ніж оксидування та азотування. Покращення комплексу механічних характеристик відносно азотування можна пов'язувати з послабленням поля внутрішніх напружень у сформованих покриттях, яке оцінено рентгенографічним методом.

Розроблено способи оксинітрування для підвищення зносо- та корозійної тривкості у кисневмісних кислотах високих концентрацій за збереження високого рівня механічних характеристик титанової матриці, які полягають у забезпеченні регламентованого структурно-фазового стану поверхневих шарів титанових сплавів. Використання таких обробок у порівнянні з відомими способами азотування дозволяє у 3 рази зменшити інтенсивність зносу пари оксинітрований титан - сталь та у 12 разів зменшити швидкість корозії у 40%-му водному розчині сульфатної кислоти.

Висновки

нестехіометрія кисневмісний титановий фазовий

У роботі представлено нове вирішення науково-технічної задачі підвищення зносо- та корозійної тривкості титанових сплавів шляхом формування регламентованого структурно-фазового стану поверхневих шарів при модифікуванні несхехіометричного нітриду титану киснем. Найважливіші наукові та практичні результати:

1. Встановлено інтервал парціального тиску кисню 0,0001…0,1 Па, за якого реалізується оксинітрування шляхом модифікування нестехіометричного нітриду титану киснем. Показано, що за парціального тиску кисню нижче, ніж 0,0001 Па оксинітрування пов'язано з технічними труднощами його контролю, а вище, ніж 0,1 Па - з формуванням поверхневої оксидної плівки, схильної до сколювання і відшарування. Діапазон парціального тиску кисню 0,0001…0,01 Па є найефективнішим з точки зору забезпечення найвищого приросту поверхневої мікротвердості титанових сплавів.

2. Встановлено вплив нестехіометрії нітриду титану TiNx на ступінь його модифікування киснем. Показано, що модифікування киснем нітриду титану (ступінь окиснення) інтенсивніше, коли склад нітриду титану є ближчим до нижньої границі області його гомогенності (TiN0,69…0,75). Ефект оксинітрування Н (приріст поверхневої мікротвердості відносно відповідного азотування) вищий, коли склад нітриду титану є ближчим до верхньої границі області його гомогенності (TiN0,79…0,90). Ефект оксинітрування зменшується з переходом від - до (+)-структурного класу титанових сплавів.

3. Встановлено залежність між параметрами кисневмісного середовища і структурно-фазовим станом поверхневих шарів за модифікування нестехіомет-ричного нітриду титану киснем. Показано, що зі зменшенням парціального тиску кисню від 0,1 до 0,0001 Па та зі зниженням температури початку модифікування від 950 до 650 оС при скороченні його часу інтенсивність оксинітридоутворення на поверхні титанових сплавів зростає, що обумовлює зміну співвідношення складових покриття на користь оксинітридної фази, сприяючи збільшенню ефекту оксинітрування Н.

4. Підтверджено, що оксинітрування забезпечує значніше зміцнення поверхні титанових сплавів, ніж відповідне азотування. Показано, що підвищення в 1,2…1,6 раз поверхневої мікротвердості титанових сплавів забезпечується при формуванні на поверхні оксинітридів титану складу наближеного до еквіатомного.

5. Встановлено, що за досліджуваної схеми оксинітрування товщина перехідного дифузійного шару титанових сплавів не залежить від парціального тиску кисню, а визначається лише параметрами хіміко-термічної обробки на етапі азотування. Показано, що оптимальна для ефективної роботи деталей з термодифузійним покриттям величина перехідного дифузійного шару (60…100 мкм) забезпечується термодифузійним насиченням в азоті (pN2 10 Па) при 850…950 оС протягом 1…10 год.

6. Підтверджено механізм формування оксинітридів титану при модифікуванні нітриду титану киснем, який полягає у заміщенні атомів азоту на атоми кисню з формуванням на поверхні оксинітриду титану, в якому величина азотної складової з часом зменшується, аж до повного відновлення нітридної фази.

7. Розроблено алгоритм керування параметрами процесу оксинітрування для формування регламентованого структурно-фазового стану поверхневих шарів титанових сплавів.

8. Оцінено роль структурно-фазового стану поверхневих шарів, сформованих при модифікуванні нестехіометричного нітриду титану киснем, у формуванні рівня зносо- та корозійної тривкості титанових сплавів. Доведено доцільність диференційованого підходу до вибору структурно-фазового стану поверхневих оксинітрованих шарів відповідно до умов експлуатації. Показано, що формування структурно-фазового стану з оксинітридною плівкою на поверхні забезпечує кращий антикорозійний захист у водних розчинах хлоридної кислоти та розчинах хлориду натрію, а з оксидною та оксинітридною плівками - у водних розчинах сульфатної кислоти та розчині Рінгера. Високу зносотривкість титану у парі з бронзою забезпечує оксинітридне покриття з оксидною складовою на поверхні, а у парі зі сталлю - покриття з оксинітридною сполукою складу наближеного до еквіатомного.

9. Оцінено рівень впливу оксинітрування на характеристики міцності, пластичності, втомної довговічності. Показано, що покращення комплексу механічних характеристик відносно азотування пов'язане з послабленням поля внутрішніх напружень у сформованих покриттях.

10. Розроблено способи оксинітрування для підвищення зносотривкості та опору корозії у кисневмісних кислотах високих концентрацій за збереження високого рівня механічних характеристик титанової матриці, які полягають у забезпеченні регламентованого структурно-фазового стану поверхневих шарів титанових сплавів. Використання таких обробок у порівнянні з відомими способами однокомпонентного насичення (азотування) дозволяє у 3 рази зменшити інтен сивність зносу пари оксинітрований титан - сталь та у 12 разів зменшити швидкість корозії у 40%-му водному розчині сульфатної кислоти.

Література

нестехіометрія кисневмісний титановий фазовий

1. Formation of oxynitride layers on titanium alloys by gas diffusion treatment / I. Pohrelyuk, O. Yaskiv, O. Tkachuk and Dong Bok Lee // Metals and Materials International. - 2009. - Vol. 15, №6. - P. 949-953.

2. Вплив нестехіометрії нітриду титану TiNx на ступінь його модифікування киснем / І.М. Погрелюк, В.М. Федірко, О.І. Яськів, Dong-Bok Lee, О.В. Ткачук, Chen Li // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2009. - №4. - С. 81-88.

3. Вплив параметрів модифікувального кисневмісного середовища на оксинітрування титанових сплавів / І.М. Погрелюк, В.М. Федірко, О.І. Яськів, Dong-Bok Lee, О.В. Ткачук // Фіз.-хім. механіка матеріалів. -2009. - №6. - С. 23-31.

4. Погрелюк И.Н. Влияние температуры и степени разрежения кислородсодержащей среды на процесс оксинитрирования титановых сплавов / И.Н. Погрелюк, О.В. Ткачук, В.Н. Федирко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2009. - № 4. - С. 26-30.

5. Погрелюк И.Н. Поверхностное упрочнение титановых сплавов при оксинитрировании / И.Н. Погрелюк, О.В. Ткачук, В.Н. Федирко // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - №6. - C. 17-20.

6. Погрелюк І.М. Вплив розрідження кисневмісного середовища на формування оксинітридів титану / І.М. Погрелюк, В.М. Федірко, О.В. Ткачук / Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2008. - №1. - С. 56-60.

7. Погрелюк І.М. Зносостійкість титану після термодифузійного оксинітрування / І.М. Погрелюк, О.В. Ткачук, В.М. Федірко // Проблеми трибології. - 2008. - №1. - C. 29-33.

Размещено на Allbest.ru