Тилеухабыл Аймарал Өскемен қ, 2021

Титан мен оның қорытпалары медицинада, авиацияда, кеме жасауда, автомобиль және химия өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Титан және оның қорытпалары тозуға әлсіз төзімділікке ие, бұл үйкелетін тораптарда қолдануды шектейді, өйткені жылжымалы тораптардың сынуы болуы мүмкін, өйткені титан-титан буы үшін құрғақ үйкеліс коэффициентінің мәні 0,47 − 0,61 тең. Бұған титанның басқа қасиеттері ықпал етеді: серпімділік Модулінің неғұрлым төмендігінен (мысалы, болатқа қарағанда) жоғары серпімді деформация, неғұрлым төмен жылу өткізгіштік және т.б. титан мен оның қорытпаларының тозуға төзімділігінің төмен проблемасын шешудің ең тиімді тәсілі жабын салу жолымен беттік модификация болып табылады. Алюминий титанмен салыстырғанда титан титан Ti3Al, TiAl және TiAl3 бірқатар артықшылықтарға ие: жоғары серпімділік модулі, төмен тығыздық, тотығуға жоғары төзімділік және т. б. Бұл интерметаллдық қосылыстардың ерекшеліктері атомдар арасындағы реттелген құрылыммен және күшті ковалентті байланыспен байланысты, олар оларды Жоғары температуралы қолдану үшін өте тартымды етеді. Сонымен қатар, титан алюминий жабындары таза Ti-ге қарағанда тозуға төзімді. Алайда бөлме температурасында төмен икемділік Конструкциялық материалдар ретінде Ti₃Al, TiAl және TiAl₃ пайдалану жолында негізгі кедергі болып табылады. Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, таза Ti қолдану аймағын оның бетіне титан алюминидінен жасалған жабындарды жағумен кеңінен кеңейтуге болады.

3.1 Ti-Al жабындардың механикалық-трибологиялық қасиеттеріне термиялық өңдеудің әсері

10-суретте қаттылықтың бөлінуі және Ti-Al жабындардың серпімділік модулі үлгінің көлденең қимасы бойынша вакуумдық күйдіруге дейін көрсетілген. Ti-Al жамылғысының қалыңдығы 35 мкм. Зерттеу нәтижелері жамылғылардың қаттылығы ВТ1-0 титанынан жасалған төсеніш деңгейінде маңызды екенін көрсетті. Жабынның құрылымына байланысты қаттылық мәндерінің шашырауы байқалады (өлшеу әрбір тереңдікте 3 нүкте бойынша жүргізілді). Жабындардың құрылымы Al матрицасында Ti блоктық бөлшектерінен тұрады. Өлшеу Al және Ti матрицасын ұстап тұратын сызықтың бойында жүргізілді, кейбір іздер жабын/төсем бөлімінің шекарасында болды (11-сурет).

Сурет 10 – Вакуумдық күйдіруге дейін Ti-Al жабындардың қаттылығының және серпімділік модулі үлгінің көлденең қимасы бойынша орналасуы

Сурет 11 – Наноиндентор іздері бар Ti-Al жабындардың көлденең қимасы (күйдіруге дейін)

Сурет 12 – 600 ºC вакуумдық күйдіруден кейін Ti-Al жабындардың қаттылығының және серпімділік модулі үлгінің көлденең қимасы бойынша орналасуы

700 ºC күйдіргеннен кейін Ti-Al жабындыларының қаттылығы (35 мкм тереңдікке дейін) орташа ~ 600 HV құрады, ал серпімділік модулі ~ 150 ГПа. Жабынның бетінен төсемге қарай бағыт бойынша қаттылық мәнінің бірқалыпты өтуіне назар аудару керек. Бұл жабын/төсем бөлу шекарасында диффузиялық қабаттың түзілуіне байланысты. Қаттылық мәндерінің таралуының азаюы 700 ºC кезінде күйдіргеннен кейін жабындардың гомогендігін көрсетеді, 13-сурет.

Сурет 13 – 700 ºC температурада вакуумдық күйдіруден кейін Ti-Al жабындардың қаттылығының және серпімділік модулі үлгінің көлденең қимасы бойынша орналасуы

900 ºC күйдіргеннен кейін 30 мкм дейінгі жабын тереңдігі бойынша қаттылықты бөлу параболикалық нысаны болады (14-сурет). Рентгендік-фазалық талдау нәтижелеріне сәйкес, 900 ºC күйдіргеннен кейін жабындардың фазалық құрамы Al₃Ti, Al₂Ti және TiAl титан алюминидтерінен тұрады. TiAl әдеби мәліметтеріне сәйкес ~220 HV қаттылығы бар, сондай-ақ екі фазалы Al₂Ti/Al₃Ti алюминий қорытпасы 4,86 ГПа мәнін көрсетті. Осыған орай, микротірімділік мәнінің бөлінуі заңды. Дегенмен [66, p.4126] жұмыста титан алюминий жабындарының қаттылығы мен тозуға төзімділігі келесі тәртіпте болғаны анықталды: Ti₃Al TiAl Al₃Ti.

Сурет 14 – 900 ºC температурада вакуумдық күйдіруден кейін Ti-Al жабындардың қаттылығының және серпімділік модулі үлгінің көлденең қимасы бойынша орналасуы

Тозуға төзімділігі, микроқаттылығымен қатар, металл жүйелердің ең кең қолданылатын механикалық сипаттамаларының бірі болып табылады. 15-суретте күйдіру температурасына байланысты таза титан мен Ti-Al жабындардың трибологиялық сынақтарының нәтижелері көрсетілген. Титанның бастапқы үлгісінің үйкеліс коэффициенті 0,55 − 0,58 болды. Мәндердің шашырауы жабылмаған үлгіде титан қорытпаларының тозу заңдылықтарымен байланысты. Үйкеліс кезінде титан қорытпалары тіпті аз жүктеме кезінде де түйісетін материалмен күресуге бейім. Үйкеліс коэффициентін өлшеу қалыпты жүктеме 5 Н, сызықтық жылдамдық 2 м/с және бөлме температурасында жүргізілді. Барлық үлгілердің үйкеліс коэффициенті салыстырмалы түрде тұрақты және Al₃Ti фазасы бар 700 ºC күйдіруден кейінгі Ti-Al жабынын қоспағанда, қысқа жұмыс істеу кезеңі (5 м кем) болды. Жабындардың үйкеліс коэффициентінің тұрақсыздығы Al₃Ti фазаларын қайта кристалдау процесінің басталуымен байланысты болуы мүмкін. Трибологиялық сынақтар нәтижелері 0,25 − 0,28 үйкелудің ең төмен коэффициенті 600 ºC күйдіргеннен кейін Ti-Al жабыны бар екенін көрсетеді. Үйкеліс коэффициентінің азаюы үлгі бетінің тозуға төзімділігінің артуымен түсіндіріледі. 900 ºС кезінде күйдіргеннен кейін Ti-Al жабындардың үйкеліс коэффициенті 0,38-0,40 құрайды, яғни жабындардың тозуға төзімділігі төмендеуі байқалады.

Сурет 15 – Таза титан мен Ti-Al жабындардын вакуумды қыздыруға дейінгі және кейінгі трибологиялық зерттеу нәтижелері

5Н жүктеме кезінде титан алюминийінің үйкеліс коэффициентін зерттеу кезінде Al₃Ti төмен үйкеліс коэффициенті және Ti₃Al арасындағы аралық орынды алады. Айта кету керек, титан алюминидтерінің әртүрлі тәсілдермен алынған трибологиялық сипаттамаларын салыстыру қиын, себебі бұл сипаттамалар дәннің көлеміне және үлгі микроқұрылымының гомогендігіне байланысты.

2. 
   Ti-Al жабындарының адгезиялық қасиеттеріне термиялық өндеудің әсерін зерттеу
   

Вакуумдық күйдіруге дейін және кейін Ti-Al жабындардың адгезиялық беріктігі скретч-тестілеу әдісімен бағаланды. 23-26-суретте вакуумдық күйдіруге дейін және одан кейін жабындардың адгезиондық беріктігін бағалау нәтижелері көрсетілген. Бағалау үйкеліс күшінің өзгеру сипаты бойынша және оптикалық микроскоппен жабынның бұзылу фактісін көзбен шолу арқылы жүргізілді.

Күйдіргенге дейін жабында алғашқы шағын жарықтардың пайда болуы 6,97 Н кезінде байқалады, оларды когезионды бұзумен байланыстыруға болады (23-сурет). Когезионды қирау жамылғылардың өсу бағытына перпендикуляр жазықтықта жару жолымен болды. Айта кету керек, жабынның беті бойынша жарықтардың Елеулі таралуының жүктемесі ұлғайған кезде байқалмайды. Адгезиялық бұзылу белгілері 10,27 Н жүктеме кезінде байқалды. Басқа сурет 600 ºC күйдіруден кейін жабындарды сынау кезінде байқалады (24 сурет). Адгезиялық қирау басталғанға дейін жабындардың бетінде сызаттар немесе жергілікті когезиялық қираулар пайда болған жоқ. Дегенмен, сын жүктемесі күйдіруге дейін жабу үшін төмен болды. Жүктеме өскен кезде жабындар негізінен бұзылады шетінде сызаттар, кезінде үлкен вдавливании елеулі роль атқарады сығымдаушы және растягивающие кернеу жиектерінде сызаттар. 700 ºC күйдіргеннен кейін жабу бетінде сынау кезінде сызаттар байқалады (25 сурет). Қатпарлану сипатына қарай, жабындар құрамында нәзік оксидті қосылыстар болуы мүмкін деп болжауға болады. Жабындардың адгезиялық беріктігінің жақсаруы 900 ºC күйдіргеннен кейін байқалады (26 сурет). Есеп жабындарды тіркелген кезде 15,91 Н. Бірі қисық тәуелділіктер үйкеліс күші жүктемесі көрініп тұр күйдіргеннен кейін күрт көтерілуге жабындарды төсенішінен байқалмайды. Күйдіруден кейін адгезияның жақсаруы деформациялық араластыру процесінен кейін құрылымдық релаксацияны жеңілдетуі мүмкін диффузиялық процестерге байланысты.