Модифікація властивостей поверхні матеріалів на основі сполук титану

Abstract

Дисертація присвячена комплексному дослідженню та вивченню структурно-фазових змін та властивостей сполук на основі титану внаслідок опромінення їх поверхні потоками плазми, іонів та електронів. Структурно-фазові зміни у приповерхневому шарі титанових сплавів, викликані плазмово-детонаційною обробкою (ПДО), привели до підвищення мікротвердості. Встановлено, що при збільшенні кількості -фази титану у вихідному стані сплаву ефективність ПДО зменшується. Іонна імплантація та опромінення низькоенергетичним сильнострумовим електронним пучком (НСЕП) сполуки Ti41-V41-Al18 привели до перерозподілу елементів у приповерхневому шарі, виділення частинок Ti2Fe, збільшення мікротвердості, зносостійкості та коефіцієнта тертя. Основні результати роботи знайшли застосування при поліпшенні службових характеристик конструкційних матеріалів. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3421

Благодаря ряду уникальных свойств титан и сплавы на его основе широко применяются в различных отраслях промышленности и техники. Однако низкие антифрикционные свойства и модуль упругости, недостаточная твѐрдость, высокая себестоимость существенно ограничивают область применения титановых сплавов. За счѐт формирования в поверхностных слоях мелкодисперсных выделений, интерметаллидных соединений, мартенситных фаз, аморфной плѐнки можно улучшить физико-механические свойства соединений на основе титана. Модификацию поверхностных слоѐв титановых сплавов можно осуществить с помощью различных методов обработки. Наиболее эффективной является обработка поверхности материалов концентрированными потоками энергии (электронный и ионный пучки, потоки плазмы и т.д.). Поэтому диссертационная работа посвящена изучению структурно-фазовых превращений, изменений морфологии поверхности, вызванных обработкой потоками плазмы, ионов и электронов, а также их влияния на физико-механические свойства соединений на основе титана. В качестве объектов исследования были выбраны титан марки ВТ1-0, его сплавы ВТ6, ВТ23, ВТ22 и экспериментальное соединение Ti41-V41-Al18. Титан ВТ1-0 и сплавы ВТ6, ВТ23, ВТ22 подвергались плазменно-детонационной обработке (ПДО) в азотсодержащей плазме, соединение Ti41-V41-Al18 – имплантации ионов Fe и Zr и облучению низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком (НСЭП). Показано, что ПДО титановых сплавов ВТ6, ВТ23, ВТ22 и титана марки ВТ1-0 привела к образованию TiC, -TiN и 1-Ti2N фаз, твѐрдого раствора азота в титане, конгломератов Mo и Mo2N в модифицированном слое. Азотированный слой толщиной до сотен микрометров имеет слоистую структуру: на поверхности находится слой -TiN. Он имеет мелкозернистое дендритное строение (размер зѐрен составляет 35-48 нм). Под слоем -TiN расположена узкая прослойка фазы 1-Ti2N, глубже которой - зона твѐрдого раствора азота в титане с зѐрнами овальной формы размером (2-8) мкм. В отличие от -титана (ВТ1-0) в (+)-сплавах (ВТ6, ВТ22, ВТ23) между газонасыщенным слоем и основным металлом образовалась переходная зона, имеющая пластинчатое строение. Такие структурно-фазовые изменения в поверхностном слое привели к увеличению микротвѐрдости титановых сплавов в (1.2-3.5) раза. В результате исследований установлены следующие закономерности: - с уменьшением количества -фазы титана сплава в исходном состоянии и увеличением температуры нагревания материала (энергии потока плазмы) и времени воздействия плазмы (количества импульсов) увеличивается количество нитридных (-TiN, 1-Ti2N) и карбидной (TiC) фаз, которые образуются в приповерхностном слое, и толщина твѐрдого раствора азота в титане, что связано с большей растворимостью азота в -фазе по сравнению с -фазой титана и длительностью насыщения C и N; - увеличение микротвѐрдости титановых сплавов в результате ПДО вызвано образованием мартенситных фаз, нитридов и карбида титана, увеличением плотности дислокаций, толщины твѐрдого раствора азота в титане. Показано, что в результате имплантации ионов Fe и Zr в соединение Ti41-V41-Al18 произошло увеличение количества зѐрен -фазы титана с дислокационной структурой, образовались концентрационные профили Fe и Zr. Максимальная концентрация железа составляла 16.6 ат.% на глубине 85 нм, циркония – 0.8 ат.% на глубине 56 нм. Микротвѐрдость увеличилась от 4 ГПа до 7.8 ГПа, коэффициент трения уменьшился от 0.8 до 0.4, износ снизился более чем в 20 раз. Облучение НСЭП этого соединения привело к выделению частиц Ti2Fe на поверхности, повышению шероховатости поверхности, перераспределению элементов в приповерхностном слое. Такие изменения вызвали увеличение микротвѐрдости, износостойкости и коэффициента трения. Основные результаты работы применимы для улучшения физико-механических характеристик соединений на основе титана. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3421

The thesis is devoted to complex investigation and studying of structure and phases changes and properties of titanium based compounds radiated by plasma, ion and electron fluencies. The structure and phases changes in near surface layer of titanium alloys in cause of plasma-detonation treatment (PDT) resulted in microhardness increasing. It has been found that PDT efficiency decreased with number of -phase in initial state increasing. The ion implantation and high-current electron beam treatment of Ti41-V41-Al18 compound resulted in element redistribution in near surface layer, Ti2Fe particles segregation on surface and microhardness, wear resistance and coefficient of friction increasing. The main results of work have been applied in improve of constructing materials service characteristics. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3421