Поверхностное упрочнение титанового сплава минералами

А.В. Сказочкин, А.С. Усеинов, С.В. Кислов

Аннотация на русском языке

Проведено сравнительное исследование износостойкости, твердости и модуля упругости образцов из титанового сплава ВТ6 с минеральным покрытием, созданным при использовании низкотемпературных технологических операций, и без покрытия. Учитывая особенности измерения физико-механических свойств тонких модифицированных слоев, измерение износостойкости было выполнено методом многоциклового трения сапфировой сферой с контролем силы прижима и углубления наконечника в образец. Создание минерального слоя увеличило твердость поверхности образца из титанового сплава на 45-70%. Износостойкость поверхности образца, модифицированной минералами, увеличилась в 4-5 раз по сравнению с износостойкостью поверхности титанового сплава ВТ6 без модификации.Проведено сравнительное исследование износостойкости, твердости и модуля упругости образцов из титанового сплава ВТ6 с минеральным покрытием, созданным при использовании низкотемпературных технологических операций (локальный нагрев до 80 0С), и без покрытия. Измерения твердости и модуля упругости в режиме наноиндентирования были проведены путем нанесения серии уколов с различной максимальной нагрузкой. Нагрузка подбиралась таким образом, чтобы глубина внедрения наконечника в материал составляла от 500 нм до 4 мкм при оценочной толщине модифицированного слоя около 10 мкм. Создание минерального слоя увеличило твердость поверхности образца из титанового сплава на 45-70%, а также увеличило параметры шероховатости образцов в 2-3 раза. Корректность измерения определяется тем, что на малых глубинах влияние подложки на измеряемые величины мала, и поэтому ею можно было пренебречь. Разброс данных сопоставим с измеряемыми величинами, что, возможно, связано с относительно большой шероховатостью образцов. Учитывая особенности измерения физико-механических свойств тонких модифицированных слоев, измерение износостойкости было выполнено методом многоциклового трения сапфировой сферой с контролем силы прижима и углубления наконечника в образец. Использование такой системы измерения особенно важно при испытании тонких слоев, когда толщина слоя сопоставима с параметрами шероховатости поверхности. Износостойкость поверхности образца, модифицированной минералами, увеличилась в 4-5 раз по сравнению с износостойкостью поверхности титанового сплава ВТ6 без модификации. По мнению авторов, результаты исследования открывают большие потенциальные возможности использования металлических деталей из титана и титановых сплавов с минеральными покрытиями в различных устройствах и механизмах.

Ссылки (15)

1.
A. A. Ilyin, B. A. Kolachev, I. S. Polkin. Titanic alloys. Structure, composition, properties. Reference book. M.: VILS-MATI. (2009) 520 p. (in Russian) [A. A. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС-МАТИ. (2009). 520 с.]
2.
M Long., Rack H. J. Biomaterials. 18, 1621 – 1639 (1998).
3.
Patent RF № 2421548, 20.06.2011. (in Russian) [Патент РФ № 2421548, 20.06.2011 г.]
4.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, A. V. Skazochkin, G. G. Bondarenko, A. N. Tikhonov. Russian Metallurgy (Metally). 7, 558 – 564 (2015) (in Russian) [С. В. Кислов, В. Г. Кислов, А. В. Сказочкин, Г. Г. Бондаренко, А. Н. Тихонов. Металлы. 4, 56 – 63 (2015).]. DOI: 10.1134/S0036029515070095
5.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, A. V. Skazochkin, G. G. Bondarenko, A. N. Tikhonov. Oil and Gas. 4, 216 – 230 (2015). (in Russian) [С. В. Кислов, В. Г. Кислов, А. В. Сказочкин, Г. Г. Бондаренко, А. Н. Тихонов. Нефтегазовое дело. 4, 216 – 230 (2015).]
6.
P. V. Balash, S. V. Kislov, A. V. Skazochkin. Innovation. 12, 95 – 105 (2015). (in Russian) [П. В. Балаш, С. В. Кислов, А. В. Сказочкин. Инновации. 12, 95 – 105 (2015)]
7.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, P. V. Balasch, A. V. Skazochkin, G. G. Bondarenko and A. N. Tikhonov. Materials Science and Engineering / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 110 (2016). DOI: 10.1088/1757-899Х/110/1/012048
8.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, P. V. Balasch, A. V. Skazochkin. Pump. Turbines. Systems. 4, 35 – 45 (2016). (in Russian) [С. В. Кислов, П. В. Балаш, В. Г. Кислов, А. В. Сказочкин. Насосы. Турбины. Системы. 4, 35 – 45 (2016).]
9.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, P. V. Balasch, A. V. Skazochkin. Materials of the International Conference «The prospects of development of new technologies in power industry of Russia», Moscow. M.: VTI, (2016) p. 229 – 234. (in Russian) [С. В. Кислов, В. Г Кислов, П. В. Балаш, А. В. Сказочкин. Материалы Междунар. конф. «Перспективы развития новых технологий в энергетике России», Москва. М.: ОАО «ВТИ», 2016. с. 229 – 234]
10.
S. V. Kislov, V. G. Kislov, P. V. Balasch, A. V. Skazochkin. Chemical technique. 8, 20 – 30 (2016). (in Russian) [С. В. Кислов, П. В. Балаш, В. Г. Кислов, А. В. Сказочкин. Химическая техника. 8, 20 – 30 (2016)]
11.
A. Useinov, K. Gogolinskiy and V. Reshetov. International J. of Mater. Research. 7, 968 – 972 (2009).
12.
А. Useinov. Instruments and Experimental Techniques. 1, 134 – 138 (2004). (in Russian) [А. Усеинов. Приборы и техника эксперимента. 1, 134 – 138 (2004)]
13.
A. Useinov, K. Kravchuk, N. Lvova. Nanoindustry. 4, 46 – 50 (2011). (in Russian) [А. Усеинов, К. Кравчук, Н. Львова. Наноиндустрия. 4, 46 – 50 (2011).]
14.
A. Useinov, C. Useinov. Nanoindustry. 6, 28 – 32 (2010). (in Russian) [А. Усеинов, С. Усеинов. Наноиндустрия. 6, 28 – 32 (2010).]
15.
V. V. Grushev, S. Yu. Lazarev Industrial application of mineral coatings and ultrasonic processing. Chita: ZabGU. (2012) 144 p. (in Russian) [В. В. Грушев, С. Ю. Лазарев Промышленное применение минеральных покрытий и ультразвуковой обработки. Чита: ЗабГУ (2012) 144 с.]