Износостойкость Ti-Mo-Si покрытий, формируемых методом электроискрового легирования на титановом сплаве Ti-6Al-4V

Исследовались Ti-Mo-Si покрытия для защиты титанового сплава Ti-6Al-4V от изнашивания и высокотемпературного окисления нанесённые методом электроискрового легирования. Для формирования Ti-Mo-Si покрытия использовался нелокализованный электрод, состоящий из титановых гранул с добавлением порошков кремния и молибдена. Для изучения фазового состава покрытий применяли рентгеновский дифрактометр Дрон-7 в CuKα излучении. Согласно данным рентгенофазового анализа в составе покрытий обнаружены фазы αTi, Mo, Ti5Si3 и TiSi2. Средняя толщина, приготовленный покрытий, находилась в диапазоне от 31,70 до 40,97 мкм. По данным энергодисперсионного анализа в составе покрытий преобладал титан, концентрация молибдена достигала 18 ат. %, а кремния — 9 ат. %. Показано, что частицы кремния непропорционально меньше участвовали в формировании покрытия по сравнению с частицами молибдена. Испытание на жаростойкость показало, что применение разработанных Ti-Mo-Si покрытий позволяет повысить жаростойкость титанового сплава Ti-6Al-4V при температуре 900 °С до 5,7 раза. Микротвёрдость поверхности Ti-Mo-Si покрытий находилась в диапазоне от 5,81 до 9,88 ГПа. Установлено, что с ростом соотношения кремния к молибдену в нелокализованном электроде, средние значения коэффициента трения покрытий в режиме сухого скольжения монотонно повышались от 0,81 до 0,86. Применение Ti-Mo-Si покрытий позволяет снизить износ поверхности изделий из титанового сплава до 19 раз. Наибольшую твёрдость, износостойкость и жаростойкость продемонстрировало покрытие с наибольшим содержанием кремния.

1. Dai J., Zhu J.Y., Chen C.Z. [et al.]. High Temperature Oxidation Behavior and Research Status of Modifications on Improving High Temperature Oxidation Resistance of Titanium Alloys and Titanium Aluminides: A Review // Journal of Alloys and Compounds. — 2016 (685), 784—798

2. Shafyei H., Salehi M., and Bahrami A. Fabrication, Microstructural Characterization and Mechanical Properties Evaluation of Ti/TiB/TiB2 Composite Coatings Deposited on Ti6Al4V Alloy by ElectroSpark Deposition Method // Ceramics International. — 2020 (46), 15276—15284

3. Кудряшов А.Е., Замулаева Е.И., Кирюханцев– Корнеев Ф.В. [и др.] Особенности формирования на хромовой подложке электроискровых покрытий при использовании керамических электродов ZrSi2-MoSi2-ZrB2 и HfSi2-MoSi2-HfB2 // Электронная обработка материалов. — 2024, № 3, 1—12

4. Lu Q., Hao Y., Wang Y. [et al.] Microstructural Evolution and High-Temperature Oxidation Mechanisms of a Ti-Mo-Si Composite // Corrosion Science. — 2019 (161), 108180

5. El-Sayed Seleman M.M., Ataya S., Aly H.A. [et al.] Effect of the Si Content on the Dry and Wet Sliding Wear Behavior of the Developed Ti-15Mo-(0-2) Si Alloys for Biomedical Applications // Metals. — 2023 (13), no. 11, 1861

6. Li C., Zhan Y., Mo Y., [et al.] In situ Synthesized Ti5Si3/Ti–Mo Lightweight Structural Composites // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. — 2013 (41), 432—436

7. Li F., Zhang P., Wei D. [et al.] The Influence of Loading Rate and Hold Time on the Nano-Mechanical Properties of γ-TiAl and Plasma Mo-Si-Ti Coating // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2022 (31), no. 9, 7368—7381

8. Li L., Guo X., and Qiao Y. A Novel Composite SiMo-Ti Coating with Ti Concentration Gradient for Nb-Si Based Ultrahigh Temperature Alloy Prepared by Slurry Sintering // Corrosion Science. — 2023 (225), 111632

9. Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А., Панашенко В.М., Коневцов Л.А. Электроискровое легирование титана и его сплавов металлами и композиционными материалами. — Комсомольск на Амуре. — 2014

10. Николенко С.В., Сюй Н.А., Пугачевский М.А., Метлицкая Л.П. Создание безвольфрамовых электродов СВС-экструзией для электроискрового легирования стали 45 // Вестник машиностроения. — 2013, № 2, 37—42

11. Бурков А.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю., Ермаков М.А. Осаждение износостойкого Cr–Fe– Al2O3 покрытия на сталь 35 с использованием порошка оксида алюминия // Трение и износ. — 2023 (44), № 6, 521—531

12. Burkov A.A., Chigrin P.G., and Dvornik M.I. Electrospark CuTi Coatings on Titanium Alloy TI6AL4V: Corrosion and Wear Properties // Surface and Coatings Technology. — 2023 (469), 129796

13. Litvinov E.A., Mesyats G.A., and Proskurovskiĭ D.I. Field Emission and Explosive Electron Emission Processes in Vacuum Discharges // Soviet Physics Uspekhi. — 1983 (26), no. 2, 138

14. Бурков А.А., Кулик М.А., Крутикова В.О. Характеристика Ti-Si-покрытий на сплаве TI6AL4V, осажденных электроискровой обработкой в среде гранул // Цветные металлы. — 2019 (4), 54—59

15. Li F., Rawat R.S., Zhang P. [et al.] Mechanical Properties and Reciprocating Sliding Tribological Behaviors of γ-TiAl Substrate and Plasma-Based Mo–Si–Ti Coating // Journal of Materials Research and Technology. — 2023 (26), 1469—1483