Тема: Исследования процессов формирования и свойств жаростойких покрытий системы титан-алюминий

В промышленности титан один из широко применяемых конструкционных металлов. Порядковый номер титана в таблице Д.И. Менделеева - 22. Плотность титана 4,51 г/см3. Температура плавления - Тпл=1668°С, а температура кипения - Ткип=3260 °С.
Преимуществами титана и его сплавов, которые обеспечивают его широкое применение в промышленности в качестве конструкционного металла являются:
-низкая плотность (4510 кг/м3), которая обеспечивает уменьшению массы машин и агрегатов;
-высокие показатели прочности, в том числе и при повышенных температурах (250-500 °С);
-высокая стойкость в ряде агрессивных сред, которая определяется коррозионной стойкостью пленки оксида титана, образующейся на поверхности титана. Пленка оксида титана прочно связана с титаном и защищает его от взаимодействия с окружающей средой;
-Титан отличается высокой удельной прочностью. Удельная прочность ряда титановых сплавов достигает 30-35, что значительно выше удельной прочности, легированной стали, алюминия и магния, и их сплавов.
Титан наиболее широко применяется для изготовления изделий авиационной отрасли, ракетнокосмической техники и в морском судостроения. Титан, вследствие высокой коррозионной стойкости в ряде агрессивных сред, используется для производства цистерн, химических реакторов, технологических трубопроводов и деталей трубопроводов.
По объему применения в качестве конструкционного металла титан находится на четвертой позиции после железа, алюминия и магния. Широко применяются титановые сплавы и сплавы на основе интерметаллидных фаз титан-алюминий. Интерметаллидные сплавы на основе алюминидов титана отличаются набором неповторяемых эксплуатационных свойств. Алюминиды титана имеют высокую коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность, что позволяет их применять в авиастроении, автомобилестроении и химическом машиностроении. Алюминиды титана благодаря биологической совместимости и безвредности применяются в медицине и пищевой промышленности.
Титановые сплавы незаменимый материал, вследствие высокой удельной прочности и низкой плотности, в авиастроении и ракетостроении. Из титановых сплавов изготавливают детали шасси, обшивку, агрегаты, детали реактивных двигателей.
В химическом машиностроении и судостроении титановые сплавы применяют вследствие высокой коррозионной стойкости. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в серной и соляной кислоте и их солях. Из титана изготавливают оборудование для хлорной промышленности, а так же работающее в азотной кислоте. В судостроении титан используется для изготовления винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д.
Однако жаростойкость титана и большинства титановых сплавов ограничена температурой 600 °С. При более высоких температурах
наблюдается интенсивное взаимодействие титана с кислородом с образованием в основном диоксида титана. Для повышения жаростойкости титановых сплавов широко применяются защитные покрытия. В качестве защитных жаростойких покрытий неплохо зарекомендовали интерметаллиды на основе системы титан-алюминий.
Целью работы является повышение жаростойкости титана и титановых сплавов, за счет проведения исследований и разработки технологий формирования на титане покрытий на основе интерметаллидных сплавов системы титан-алюминий.
Купить

Проведенные исследования процессов алитирования титана в жидком алюминиевом расплаве с последующим диффузионным отжигом, а также исследование структуры, химического и фазового состава покрытия и его жаростойкости позволили сделать следующие выводы:
-для повышения жаростойкости изделий из титана и титановых сплавов предложено формировать на их поверхности покрытия на основе алюминидов титана;
-проведенный анализ позволил установить наиболее универсальный, производительный способ формирования алюминидов титана на поверхности изделий из титана и титановых сплавов-жидкофазное алитирование;
-на основании проведенных исследований установлены оптимальные
составы активирующих флюсов и режимы жидкофазного
алитирования тита;
-проведенные исследования показали, что при жидкофазном
алитировании в результате фрагментации интерметаллидного слоя нельзя получить алюминидные покрытия требуемых толщин (30- 100мкм);
-для получения покрытий на основе алюминидов титана на титане и титановых сплавов предложена двухстадийная технология, включающая жидкофазное алитирование и диффузионный отжиг ;
-установлено влияние режимов диффузионного отжига на химический и фазовый состав многослойного алитированного покрытия на титане. Установлено влияние времени выдержки на процессы трансформации алюминидных слоев. Доминирующим слоем при двухстадийном алитировании является слой Ti3Al;
-проведенные исследования показали значительное увеличение жаростойкости, снижение скорости окисления в 2,5-10 раз титановых изделий с алитированным слоем;
-легирование алитированного слоя кремнием и цирконием повышает жаростойкость покрытия в 1,5-2 раза.
Проведенные исследования показали, что дальнейшая работа в направлении алитирования титана должна быть направлена на поиск наиболее эффективных легирующих компонентов, значительно повышающих жаростойкость поверхности изделий из титана и его сплавов.
Купить