Аннотация
В статье представлены результаты исследований структуры и свойств поверхностно легированных заготовок из титана ВТ1-0, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки углеродсодержащих порошковых смесей. В качестве наплавочных материалов использовалась смесь порошка титана и ниобия с графитом, порошок ниобия с графитом и порошок титана с графитом. Для защиты материалов от воздействия атмосферных газов в процессе наплавки в порошковую смесь добавляли 50 % флюса CaF2. Применение вневакуумной электронно-лучевой наплавки позволяет получать покрытия, отличающиеся высоким качеством и толщиной до 1,7 мм. По данным рентгеноструктурного анализа легированный поверхностный слой состоит из карбида титана (TiC), α-фазы титана. Микротвёрдость поверхностных слоёв увеличивается с 1,8 ГПа до 4,8 ГПа. Полученные поверхностно легированные слои отличаются повышенной износостойкостью в условиях трения о нежестко закреплённые частицы абразива. При этом покрытия на титане не приводят к катастрофическому снижению ударной вязкости материала.
Ключевые слова: титан, карбид титана, электронно-лучевая обработка, износостойкость, микротвердость.
Список литературы
1. Лащенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление. Киев: Екотехнология, 2003. 65 с.
2. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / пер. с яп., В.Н. Попова; под ред. В.С. Степина, Н.Г. Шестеркина. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
3. ASM Handbook. Vol. 5. Surface Engineering / eds.: C. M. Cotell, J. A. Sprague, F. A. Smidt. Jr. : ASM International. 1994. 525 p.
4. Ettaqi S., Hays V., Hantzpergue J.J., Saindrenan G., Remy J.C. Mechanical, structural and tribological properties of titanium nitrided by a pulsed laser // Surface and Coatings Technology. 1998. Vol. 100/101. Iss. 1–3. P. 428–432.
5. Savalani M.M., Ng C.C., Li Q.H., Man H.C. In situ formation of titanium carbide using titanium and carbon-nanotube powders by laser cladding // Applied Surface Science. 2012. Vol. 258. Iss. 7. P. 3173–3177.
7. Courant B., Hantzpergue J.J., Benayoun S. Surface Treatment of titanium by laser irradiation to improve resistance to dry-sliding friction // Wear. 1999. Vol. 236. P. 39–46.
8. Chehrghani А., Torkamany M.J., Hamedi M.J., Sabbaghzadeh J. Numerical modeling and experimental investigation of TiC formation on titanium surface pre-coated by graphite under pulsed laser irradiation // Applied Surface Science. 2012. Vol. 258. Iss. 6. P. 2068–2076.
9. Oh J.Ch., Lee S., Golkovski M.G. Improvement of the hardness and ware resistance of (TiC, TiN)/Ti-6AI-4V surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron-beam irradiation // Metallurgical and Materials Transactions: A. 2001. Vol. 32. Iss. 2. P. 2995–3005.
10. Golkovski M.G., Bataev I.A., Bataev A.A., Ruktuev A.A., Zhuravina T.V., Kuksanov N.K., Salimov R.A., Bataev V.A. Atmospheric electron-beam surface alloying of titanium with tantalum // Materials Science & Engineering: A. 2013. Vol. 578. P. 310–317.
11. Батаев И.А., Журавина Т.В., Руктуев А.А., Ленивцева О.Г., Ромашова Ю.Н. Структурные исследования покрытий системы «титан-тантал», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2012. № 3(56). С. 56–59.
12. Golkovsky M.G., Zhuravina T.V., Bataev I.A., Bataev A.A., Veselov S.V., Bataev V.A., Prikhodko E.A. Cladding of tantalum and niobium on titanium by electron beam, injected in atmosphere // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 314–316. Р. 23–27.
13. Farayibi P.K., Folkes J., Clare A., Oyelola O. Cladding of pre-blended Ti–6Al–4V and WC powder for wear resistant applications // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 206. Iss. 2–3. P. 372–377.
14. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. 367 с.
15. Wu W.L. Dissolution precipitation mechanism of TiC/Ti composite layer produced by laser cladding // Materials Science and Technology. Vol. 2010. P. 367–370.
16. Zhang K-M., Zou J-X., Li J., Yu Z-S., Wang H-P. Surface modification of TC4 Ti alloy by laser cladding with TiC+Ti powders // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 20. Iss. 11. P. 2192–2197.
17. Kimura Y., Kaito C., Formation of carbon nanotubes from mixture film of carbon and titanium // Physica E: Low-Dimensional Systems & Nanostructures. 2005. Vol. 28. P. 281–285.
18. Yang Y.-L., Zhang D., Liu C.-S., Yang Y.-R. Laser cladding of TiCN/Ti coatings on Ti6-Al4-V and the calculation of the temperature field // Optical Engineering. 2008. Vol. 47(8). P. 084301.
19. Covelli L., Pierdominici F., Smurov I., Tosto S. Surface microstructure of titanium irradiated by Nd:YAG pulsed laser in presence of carbon and nitrogen // Surface and Coatings Technology. 1996. Vol. 78. P. 196–204.
20. Hamedi M.J., Torkamany M.J., Sabbaghzadeh J. Effect of pulsed laser parameters on in-situ TiC synthesis in laser surface treatment // Optics and Lasers in Engineering. 2011. Vol. 49. P. 557–563.
21. Bahadur S. Friction and wear behavior of tungsten and titanium carbide coatings // Wear. 1996. Vol. 196. P. 156–163.
