УДК 620.3

структурНЫЕ ПАРАМЕТРЫ композитных слоев TiNiHf-B4C-Co

 

STRUCTURAL DATA composite layers TiNiHF-B4C-CO

 

Русинов П.О., Бледнова Ж.М.

(Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар, РФ)

Rusinov P.O., Blednova Zh.M.

(Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia)

 

Приведены результаты исследования влияния механической активации порошков из материалов TiNiHf и B4C-Co на структуру поверхностных слоев, сформированных высокоскоростным газопламенным напылением.

The results of studies of the effect of mechanical activation of powders and materials TiNiHf, B4C-Co on the structure of the surface layers formed by high-speed flame spraying.

 

Ключевые слова:  композиционные материалы, эффект памяти формы, высокоскоростное газопламенное напыление, структура, рентгенофазовый анализ.

Key words: composite materials, shape memory effect, high-speed flame spraying, structure, X-ray analysis.

 

В связи с расширением технологических возможностей производства в последние годы в качестве нового резерва повышения  функциональной надежности  изделий все чаще рассматриваются многокомпонентные и многослойные структуры, в т.ч. слоистые покрытия. Известно, что широким спектром функциональных возможностей обладают интеллектуальные материалы с эффектом памяти формы (ЭПФ) [1-4]. Их использование при формировании слоистых композиционных поверхностных слоев может быть весьма продуктивным,  что  обеспечит комплекс широко востребованных свойств: сверхупругость или сверхэластичность, износо- и коррозионностойкость, повышенная демпфирующая способность,  долговечность, трещиностойкость, адаптивность [5-8].

Целью работы является разработка технологии с исследованием структуры и механических свойств композитных слоев TiNiHf-B4C-Co.

Формирование композитных поверхностных слоев производилось путем высокоскоростного газопламенного напыления в вакууме механоактивированного порошка из материалов с ЭПФ на основе TiNiHf и порошка B4C-Co на установке GLC-720. В качестве материала для механоактивации использовали порошки TiNiHf состава (Ti-37вес.%Ni-45вес.%Hf) и B4C-Co (B4C-10вес.%Co). В качестве основы использовалась сталь 45.

Для механической активации и измельчения порошка (Ti-37вес.%Ni-45вес.%Hf)  использовали шаровую мельницу ГЕФЕСТ – 2 (АГО-2У)  со следующими параметрами: частота вращения барабана 600 мин-1, частота вращения водила 800 мин-1, диаметр стальных шаров 6 мм, время работы 15 мин. Для порошка (B4C-10вес.%Co) время механоактивации составило 30мин. Обработку в шаровой мельнице осуществляли в защитной атмосфере (аргон). Порошок Ti-37вес.%Ni-45вес.%Hf после механоактивации представляет собой плоские диски размером от 1 до 3 мкм, B4C-10вес.%Co размером 10-20мкм.

При комнатной температуре основная структурная составляющая поверхностного слоя Ti-37вес.%Ni-45вес.%Hf слоя  – аустенитные В2-фазы с кубической решеткой, мартенситные фазы В19' с моноклинной решеткой, интерметаллидные фазы Ti2Ni с кубической решеткой, поликристаллическая фаза Hf2Ni, а также наблюдается небольшое количество оксида титана (TiO) и HfO2 менее 3%; слоя B4C-Co являются фаза B4C с ромбоэдрической решеткой, фаза Co с гексагональной решеткой, фаза B4C2Co22 с кубической решеткой.

Как показал металлографический анализ, структура формируемых в результате высокоскоростного газопламенного напыления механоактивированных порошков слоев имеет крайне слабую травимость обычными реактивами вследствие измельчения зерна в результате высокой скорости соударения частиц с подложкой и высокой скорости их охлаждения (рис. 1).

 

    

                        а)                                     б)                                        в)

Рисунок 1 - Структура композитных слов TiNiHf-B4C-Co, ×1000 – а); структура слоя TiNiHf, ×30000  – б); структура слоя B4C-Co, ×50000  – в)

 

Выводы. Выполненный анализ структуры композитных слоев из материалов на основе TiNiHf-B4C-Co  с использованием механоактивированного порошка  показал, что предварительная механическая активация приводит к существенному улучшению внутренней структуры слоев, уменьшению пористости и увеличению адгезии, что, вероятно, объясняется запасом энергии, накопленной в процессе механической активации в виде различного рода дефектов, энергия которых выделяется при высокоскоростном газопламенном напылении, что и приводит к лучшему проплавлению частиц, формированию практически монолитной структуры  с меньшей пористостью.

 

Работа выполнена в рамках государственного задания № 9.555.2014/K при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации и гранта Президента № МК-5445.2016.8.

 

Список использованных источников

1. Русинов, П.О. Глава 8. Особенности  формирования  многокомпонентных поверхностных слоев  из материалов с ЭПФ в условиях высокоэнергетических воздействий: Коллективная монография / П.О. Русинов, Ж.М Бледнова. // Перспективные материалы и технологии. Витебск. УО-ВГТУ, Т.1. 2015. 398с.

2. Blednova, Zh.M. Influence of Superficial Modification of Steels by Materials with Effect of Memory of the Form on Wear-fatigue Characteristics at Frictional-cyclic[electronic resource]/ Zh.M Blednova, P.O. Rusinov, M.A. Stepanenko // Advanced Materials Research. Trans Tech Publications.- Switzerland.- Vols. 915-916.- 2014.- pp 509-514.

3. Rusinov, P.O. Options for Forming of Nanostructured Surface Coatings [electronic resource] / P.O. Rusinov, Zh.M. Blednova, М.I. Chaevsky // Advanced Materials Research.  Trans Tech Publications.- Switzerland. -Vol. 1064.-2015.-pp 154-159.

4. Blednova, Zh.M Intellectualization surface layers, working under cyclic loading  and reversing friction [text]   / Zh.M. Blednova, P.O. Rusinov // Applied Mechanics and Materials. Trans Tech Publications.- Switzerland.-Vol. 798.-2015.-pp 440-446.

5. Поверхностные и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах отв. ред Панин В.Е.; Рос. Акад. Наук, Сиб. отделение, Ин-т физики прочности и материаловедения и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2006. с. 520.

6. Васильев Л.С., Ломаева С.Ф. О пределах измельчения металлов методом механического диспергирования. Химия в интересах устойчивого развития.  2002. № 10. с. 13-22.

7.  Rusinov P.O., Blednova Zh.M. Surface modification of parts material shape memory tinico with a view to providing a functional and mechanical property as a factor in resource. Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology. 2014. №4. pp. 348-358.

8. Rusinov, P.O. Formation of Functional Coatings with Shape Memory effect-based Ti-Ni-Hf High-energy Impact and their Operational Properties [text] / P.O. Rusinov, Zh.M. Blednova //Materials science forum. 2016. Vol. 863. pp. 8-13.