Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 1

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 1 2020 81 MATERIAL SCIENCE космической , морской и биомедицинской про - мышленности [1, 2]. Однако несмотря на эти преимущества , сплавы на основе титана обла - дают низкой стойкостью к окислению ( не бо - лее 600 °C) [2, 3] и низкой износостойкостью [4, 5], что ограничивает их применение в качестве высокотемпературных трибологических компо - нентов в двигателях внутреннего сгорания , на - пример валов и лопаток газовых турбин . Эффек - тивным решением указанной проблемы является формирование износостойких и жаростойких покрытий на поверхности титановых заготовок . Известно , что титан активно взаимодейству - ет со многими металлами и образует различные соединения с высоким уровнем механических свойств [6]. В настоящей работе использовали систему Ti–Al, которая позволяет получать ин - терметаллиды с химической формулой Al 3 Ti. Отмечается , что данные интерметаллиды ха - рактеризуются низкой плотностью , высокой твердостью и жесткостью , а также стойкостью к окислению при высоких температурах [7, 8]. Благодаря этому такие покрытия можно приме - нять для защиты деталей высокотемпературного использования [9]. В литературе достаточно широко рассмо - трены особенности формирования , структура и свойства слоистых композиционных материа - лов системы Ti–Al, полученных из тонколисто - вых заготовок . В качестве основных способов получения многослойных материалов этой си - стемы можно отметить диффузионную сварку и сварку взрывом с последующим отжигом на воздухе при температурах , близких к темпера - туре плавления алюминия [10–12]. Формировать интерметаллидные покрытия из порошкового материала можно разными способами . Так , в работе [13] такого типа покрытия получают из порошка Al 3 Ti на титановых подложках . Авто - ры работ [9, 14–17] наносят композиционные покрытия из смеси металлических порошков Ti и Al. Влияние параметров последующей тер - мической обработки на особенности структуры таких покрытий отражено в работах [14, 18]. Авторы работы [19] методом вневакуумной электронно - лучевой наплавки алюминиевого порошка формировали поверхностные интер - металлидные слои на заготовках из технически чистого титана . В настоящей работе описан про - цесс формирования интерметаллидного слоя Al 3 Ti, который осуществлялся в два этапа : пред - варительно наносили слой титанового и алю - миниевого порошка , а затем проводили нагрев композиции для формирования интерметаллид - ного слоя . Для того чтобы взаимодействие тита - на и алюминия во время термической обработки протекало максимально эффективно , необходим плотный контакт поверхностей частиц , а также отсутствие оксидных пленок . Умеренная тем - пература и высокая скорость напыления частиц при холодном газодинамическом напылении ( ХГН ) в полной мере удовлетворяют этим тре - бованиям [20]. Стоит отметить , что несмотря на значительный интерес к покрытиям системы Ti–Al, особенности формирования интермелли - дов из слоистых порошковых покрытий с по - следующей термической обработкой изучены недостаточно . В настоящей работе исследова - но влияние параметров термической обработки ( температура нагрева и время выдержки ) на фор - мирование алюминида титана из двухслойных покрытий системы Ti–Al, полученных при помо - щи холодного газодинамического напыления . Методика экспериментального исследования В качестве материалов для формирования слоистых покрытий использовали коммерческие порошки титана марки ПТОМ -1 (Ti – основа , N < 0,08 %, C < 0,05 %, H < 0,4 %, Fe + Ni < 0,4 %, Si < 0,1 %, Cl < 0,004 %) и алюминия марки АСД -1 Al99.2 (Al > 99,7 %). Средние размеры частиц порошков титана и алюминия состав - ляли 17 и 30 мкм соответственно . На поверх - ность пластины из титанового сплава марки ОТ 4 (Ti – основа , Al – 2 %, Mn – 1,4 %) размерами 50×50 мм и толщиной 5 мм наносили последо - вательно слои титанового и алюминиевого по - крытия . Напыление было выполнено в Институ - те теоретической и прикладной механики им . С . А . Христиановича СО РАН на ХГН - стенде , оснащенном шестиосевым роботом KUKA KR 16-2 (KUKA, Германия ) для управления соплом . Ускорение частиц порошка осуществлялось в сопле Лаваля диаметром критического сечения 2,8 мм и диаметром выходного сечения 6,5 мм . В качестве рабочего газа использовали сжатый воздух с давлением торможения 2,7 МПа . При