Автор: Борис Кротов
Ученые ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет» (ТГУ) разработали технологию формирования интерметаллидных покрытий на деталях из титана и титановых сплавов. Проведенные исследования показали, что предварительное никелирование титана с последующим диффузионным отжигом позволяет формировать покрытия на основе никелидов титана с высоким комплексом механических и эксплуатационных свойств.
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 весомо 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.
- Такие покрытия очень эффективны для изделий из титана, работающих в условиях интенсивного износа при повышенных температурах в ряде агрессивных сред, - отмечает заведующий лабораторией кафедры «Сварка, обработка материалов и родственные процессы» ТГУ Юрий Хохлов. - 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 химической промышленности.
Простым и эффективным способом получения никелидов титана на поверхности титановых изделий является использование технологии, основанной на диффузионном отжиге титана с никелевым покрытием. Проведенные группой ученых ТГУ под руководством профессора НИИ прогрессивных технологий Александра Ковтунова исследования этого процесса позволили в ходе многократных экспериментов установить влияние температуры и времени на структуру, химический и фазовый состав интерметаллических слоев.
- Исследования проводились на образцах титана ВТ1-0 с химически осажденным никелевым слоем. Диффузионный отжиг проводили в атмосфере печи сопротивления при температурах от 650 до 850°C с различным временем выдержки, от 30 мин. до 10 ч. Для снижения окисляемости никелевого покрытия партия образцов отжигалась в инертной атмосфере, создаваемой в герметичном контейнере, который заполнялся аргоном, - рассказывает Юрий Хохлов, один из авторов работы.
Установлено, 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: отжиг в воздушной атмосфере приводит к интенсивному окислению никелевого слоя, тогда как высокотемпературная выдержка в инертной среде (аргоне) полностью предотвращает этот процесс. Эти результаты позволяют управлять процессом формирования покрытий на основе никелидов титана и получать покрытия заданного химического, фазового состава, с необходимым комплексом механических и эксплуатационных свойств.
Полученные никелидные 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.
Разработка сотрудников ТГУ подтверждает высокий потенциал российской науки в создании инновационных решений для ключевых отраслей экономики, способствующих технологическому суверенитету страны. По словам ученых, сейчас ключевая задача - масштабирование технологии и поиск промышленных партнеров для внедрения разработки в реальное производство.
