Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 76 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В настоящей работе представлены результаты ис- следования влияния структурного состояния титана и циркония и кальций-фосфатных покрытий на их поверхности на коррозионное поведение в агрессив- ной среде. Методика эксперимента В работе исследованы образцы технически чисто- го титана ВТ1-0 и циркония, легированного ниобием, (Zr-1 мас.%Nb) в исходном и наноструктурированном состояниях. В исходном состоянии титан имел круп- нокристаллическую структуру, а цирконий – мелко- зернистую. Наноструктурированное состояние было сформировано методом abc -прессования с последую- щей прокаткой по схеме, предложенной в [3]. Микродуговое оксидирование образцов титана и циркония проводили на установке MicroArc-3.0 в элек- тролите на основе водного раствора ортофосфорной кислоты, биологического гидроксиапатита (ООО «Био- техника») и карбоната кальция (ч.д.а) в анодном по- тенциостатическом режиме при напряжениях 200 В, длительности импульсов – 100 мкс, частоте – 50 Гц, времени нанесения – 10 мин для титана, 5 мин для цир- кония [4, 5]. Размер образцов – 10×10×1 мм 3 . Электронно-микроскопические исследования ти- тана и циркония проводились на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 (ЦКП «НАНО- ТЕХ» ИФПМ СО РАН), а кальций-фосфатных покры- тий – на просвечивающем электронном микроскопе FEI Tecnai 20 (ЦКП «Лаборатория электронной микро- скопии» НГТУ, г. Новосибирск). Рентгенофазовый ана- лиз кальций-фосфатных покрытий был выполнен на дифрактометре BRUKER D8Advance (Институт химии университета Дуйсбург-Эссена, г. Эссен, Германия). Для оценки коррозионной устойчивости были получены кривые травления образцов в водном рас- творе плавиковой (10 %) и серной (10 %) кислот при температурах 20, 30, 40, 50, 60 и 75 о С. Оценку энергии активации процессов растворения проводили по уравнению Аррениуса, в координатах зависимости логарифма изменения скорости кор- розии от обратной температуры. Мор- фологию поверхности после коррозии исследовали на растровом электронном микроскопе Philips SEM 515 (ТМЦКП ТГУ, г. Томск). Результаты и обсуждение В исходном состоянии титан ВТ1-0 имеет крупнозернистую структуру, раз- мер зерна которой варьируется от 10 до 35 мкм, а средний размер состав- ляет 15 мкм (рис. 1, а, б ). Электронно- микроскопические исследования показали, что в теле зерен наблюдаются хаотически расположенные дис- локации, а микродифракционный анализ подтвер- дил наличие ГПУ-решетки, соответствующей α-Ti (рис. 1, б ). Цирконий в исходном состоянии (отжиг при 580 °С, 3 ч) имеет мелкозернистую структуру (рис. 1, в, г ). Основная доля зерен имеет размеры в интервале от 1 до 3 мкм, а небольшая часть – от 5 до 10 мкм. По результатам электронно-микроскопических исследо- ваний установлено, что в исходном состоянии микро- структура циркония, легированного ниобием, пред- ставлена равноосными зернами α-Zr и β-Zr, а также выделениями Nb, расположенными по границам и в теле зерен (рис. 1, г ). Средний размер зерен циркония равен 2,8 мкм, а выделений ниобия – 0,4 мкм. После abc -прессования и прокатки как в тита- не, так и в цирконии формируется наноструктури- рованное состояние (рис. 1, д-з ). На светлопольных изображениях явно видимые границы зерен часто отсутствуют, но хорошо просматриваются контуры экстинкции, высокая плотность которых свидетель- ствует о достаточно больших внутренних механи- ческих напряжениях и о значительном искажении кристаллической решетки. Следует отметить нали- чие некоторой неравноосности элементов зеренно- субзеренной структуры, что обусловлено прокаткой образцов титана после прессования. Микродифрак- ционная картина представляет собой совокупность колец, состоящих из отдельных точечных рефлексов различной интенсивности, равномерно расположен- ных по окружностям, что указывает на формиро- вание зерен с высокоугловыми границами. Размер элементов структуры (зерен, субзерен, фрагментов) титана после abc -прессования варьируется от 100 до 600 нм. При этом наибольшее количество элементов структуры (до 50 %) имеет размер 50…100 нм, а сред- ний размер элементов структуры составляет 180 нм. Рис. 1 . Микроструктура титана и циркония в исходном ( а–г ) и наноструктурированном состоянии ( д–з ): оптические изображения титана ( а ) и циркония ( в ); светлопольные изображения с микродифракциоными картинами титана ( б, д ) и циркония ( г, ж ); темнопольные изображения титана ( е ) и циркония ( з )