Спосіб хіміко-термічної обробки титанових сплавів

Спосіб хіміко-термічної обробки титанових сплавів, який полягає у насиченні з порошкоподібного борвмісного середовища, який відрізняється тим, що насичення проводять у розрідженому середовищі газоподібного азоту технічної чистоти, при парціальному тиску азоту 0,1-10 Па, для отримання боридного покриття з перехідною дифузійною зоною твердого розчину азоту в α-титані. (19) (21) u201101852 (22) 17.02.2011 (24) 25.08.2011 (46) 25.08.2011, Бюл.№ 16, 2011 р. (72) ФЕДІРКО ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, ПОГРЕЛЮК ІРИНА МИКОЛАЇВНА, САМБОРСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМ. Г.В. КАРПЕНКА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 62420 новій матриці [Самсонов Г.В., Эпик А.Л. Тугоплавкие покрытия. - М.: Металлургия, 1973. - 400 с.]. Також відомо, що за одночасної присутності в кристалічній ґратці титану різнорідних міжвузлових атомів (зокрема, азоту та кисню) завдяки утворенню дірок і октаедричних пустот великого розміру створюються умови для формування глибоких дифузійних шарів. При цьому атоми кисню виконують роль „гвинтового затвору", допомагаючи рухатись атомам втілення більшого розміру (зокрема, азоту) [Земков Г.В., Коган Р.Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1978 - 208 с.; Ляхович Л.С. Многокомпонентные диффузионные покрытия. - Минск: Наука и техника, 1974. - 288 - с. 63]. Таким чином, посилення як екрануючого фактору (глибина дифузійного шару), так і далекодіючих сил у Ti-N взаємодіях порівняно з Ті-N взаємодіями [Гельд П.В., Цхай В.А, Швейкин Г.П. Влияние Ме-Ме-взаимодействий на структурные и термодинамические свойства карбидов, нитридов и промежуточных окислов переходных металлов IV V подгрупп. - в кн.: Междун. Конгр. и симпоз. по росту кристаллов: Тез. Докл. М.: Наука, 1966 № 138, 5 .- С.50; Томашов Н.Д., Алътовский P.M. Коррозия и защита титана. - М.: Машгиз, 1963. 250 с.] дозволить підвищити антикорозійний захист боридного покриття з такими перехідними дифузійними шарами. Поставлена задача вирішується тим, що у способі хіміко-термічної обробки титанових сплавів насичення з порошкоподібного борвмісного середовища, згідно з корисною моделлю, проводять у розрідженому молекулярному азоті технічної чистоти за парціального тиску азоту 0,1-10 Па. Обробка при парціальному тиску азоту 0,1-10 Па забезпечує формування глибокої (170-200 мкм) перехідної дифузійної зони твердого розчину азоту в -титані, що відокремлює боридну плівку, сформовану внаслідок протікання у поверхневому шарі фазових перетворень з утворенням боридів титану ТіВ, ТіВ2, та матрицю сплаву. Парціальний тиск азоту вище 10 Па сприяє активізації нітридоутворення і формуванню гетерогенного покриття TiB2+TiN з високою крихкістю за рахунок різкого 4 градієнту твердості по перетину зміцненого шару та низькою корозійною тривкістю за рахунок гетерогенності покриття. Парціальний тиск азоту нижче 0,1 Па забезпечує формування боридного покриття з низьким рівнем приповерхневого зміцнення та малою дифузійною зоною, а відтак низькими корозійно-механічними характеристиками. Приклад. Обробку проводять на зразках технічно чистого титану ВТ 1-0. Безпосередньо перед насиченням механічно поліровані зразки промивають у бензині, ацетоні, спирті, а згодом висушують. Обробку здійснюють за пропонованим способом у порошку аморфного бору (карбіду бору) в розрідженому (парціальний тиск 0,1 - 10 Па) молекулярному азоті технічної чистоти (ГОСТ 9293-74). Зразки розміщуються над засипкою борвмісного порошку. У результаті обробки за пропонованим способом утворюється покриття, яке складається з поверхневої боридної плівки (5-6 мкм) та перехідного дифузійного шару (твердого розчину азоту в атитані) (-170-200 мкм). Як видно з таблиці 1, використання пропонованого способу насичення титанових сплавів сприяє формуванню боридного покриття з глибокою перехідною зоною (170-200 мкм) (твердий розчин азоту в α-титані). При цьому твердість на різних віддалях від поверхні на 15-16 % вища порівняно з відомим способом. Зносо - та корозійна тривкість титанового сплаву ВТ 1-0 після відомого та пропонованого способів обробки представлені в табл. 2. Згідно результатів триботехнічних випробувань у парі із гартованою сталлю У8 при контактному навантаженні 2 МПа та швидкості 0,6 м/с на базі 5 км (дизельне мастило М14B2) У порівнянні з відомим способом втрата маси при терті зменшується у 2,5 рази. Корозивна тривкість титану в 40 % водному розчині сульфатної кислоти після пропонованого способу насичення зростає в 1,7 раза. Таким чином, пропонований спосіб забезпечує тривалішу довговічність титанових сплавів в умовах контактних навантажень та корозивного середовища. Таблиця 1 Характеристики покриття на титановому сплаві ВТ 1-0 після відомого та пропонованого способу обробки Спосіб обробки Відомий Пропонований Товщина пок- Глибина дифузійриття, ного мкм шару, мкм 4-7 100-120 5-6 170-200 Твердість поТвердість на віддалі від поверхні, ГПа верхні, ГПа 7 мкм 17 мкм 23 мкм 8,3-18,0 4,97 4,68 4,59 11,0-15,3 5,95 5,50 5,38 Таблиця 2 Зносо - та корозивна тривкість титанового сплаві ВТ 1-0 після відомого та пропонованого способу обробки Спосіб обробки Відомий Пропонований Втрата маси при терті, г Коефіцієнт тертя, \і 0,001 0,0004 0,026 0,018 Швидкість корозії, 2 г/(м год) 0,93 0,54 5 Комп’ютерна верстка Мацело М. 62420 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601