Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 86 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ все механизмы вносят в упрочнение практически одинаковый вклад. Суменьшениемразмера зерна титановоймишени, т.е. с увеличением плотности границ в сплаве, проис- ходит увеличение микротвердости исходных сплавов ВТ1-0. Например, для крупнокристаллического ти- тана (средний размер зерна 17 мкм) микротвердость составляет 1,6 ГПа, в то время как для ультрамелко- кристаллического микротвердость составляет 3 ГПа. В мелкозернистом титане, в котором плотность гра- ниц наибольшая, микротвердость имеет значение в два раза большее. После ионной имплантации на- блюдается существенное увеличение микротвер- дости, для УМЗ-титана микротвердость составляет 3,6 ГПа. На величину микротвердости, которая об- суждается в настоящей работе, решающую роль ока- зывает плотность границ. В УМЗ-титане плотность границ определяется в основном поперечным разме- ром зерен. Продольный размер зерен заметных изме- нений в величину плотности границ не вносит. В титановом сплаве после имплантации и фор- мирования наноразмерных частиц на границах зерен приводит к тому, что увеличение микротвердости имплантированных сплавов связано с уменьшением границ зерен металлической матрицы, формирова- нием нанокристаллических оксидных и карбидных фаз в объеме зерна. Дополнительная стабилизация структуры материалов с параметрами зерен в микро- области происходит путем закрепления границ зерен и их стыков интерметаллидными фазами, что дает дополнительное упрочнение. Нанокристаллические структуры, формируемые в условиях ионной имплантации, вносят вклад не только в модификацию механических свойств, но и оказывают существенное влияние на коррозионные характеристики. Для выявления роли имплантации в модификации коррозионных свойств было прове- дено сравнение рассчитанных потенциалов и токов коррозии для двух типов титановых сплавов: ис- ходный титановый сплав и титановые образцы, им- плантированные алюминием. В табл. 2 приведены потенциалы и токи коррозии, рассчитанные по кри- Т а б л и ц а 2 Потенциалы и токи коррозии для титана в различных средах СК-титан 0,1 М НCl 0,1 М NaNO 3 0,1 М NaOH E кор , В I кор ,мА/см 2 E кор , В I кор ,мА/см 2 E кор , В I кор ,мА/см 2 Не имплантированный 0,070 0,08 –0,10 2,81 –0,176 3,0 Имплантировааный ионами алюминия –0,425 0,024 –0,720 0,020 –0,656 0,20 E кор – потенциал коррозии, I кор – ток коррозии вым, полученным в потенциодинамическом режиме (режим циклической вольтамперометрии). Видно, что потенциал коррозии смещается в отрицатель- ную область для титана, подвергшегося ионной имплантации, при этом сила тока коррозии умень- шается. Эта закономерность характерна для всех изученных фоновых электролитов. Таким образом, имплантированные образцы проявляют большую коррозионную устойчивость, чем исходные образ- цы УМЗ-титана. Имплантация поверхности титана ионами более активного металла – алюминия – по отношению к матрице при условии отсутствия образования интер- металлических соединений и процессов пассивации обычно приводит к снижению коррозионной устой- чивости [13]. В данном случае механизм электрохи- мической коррозии более сложен, так как, во-первых, на поверхности титана образуются интерметалличе- ские соединения, а во-вторых, и титан, и алюминий склонны к пассивации как на воздухе, так и во многих электролитах. На рис. 1 представлены коррозионные диаграм- мы МЗ-титана, подвергнутого ионной имплантации, и исходного. Сравнивая электрохимическую устой- чивость металлов в различных средах, можно от- метить, что наиболее отрицательный потенциал для неимплантированного УМЗ-титана – в щелочной среде, а для имплантированного – в нейтральной. Тем не менее для всех трех сред характерно умень- шение тока коррозии для образцов имплантиро- ванного УМЗ-титана, что видно по расположению кривых относительно друг друга на графиках. Ка- тодный процесс (восстановление водорода и воды) и анодный процесс (окисление металла) протекают со значительно большей скоростью для образцов исхо- дного УМЗ-титана вне зависимости от среды. Таким образом, проведенные исследования показывают большую коррозионную устойчивость для образцов имплантированного ультрамелкозернистого титана. Для изучения влияния процессов коррозии про- веден ряд исследований коррозионной устойчивости титановых материалов в субмикрокристаллическом