Синтез и электронно-лучевая наплавка гибридных композиционных порошков TiB–TiC – титановая связка

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в порошковых смесях титана, бора и углерода получены композиционные порошки TiB – TiC – титановая связка с расчетным содержанием титановой связки 50 об. %. СВС порошки использованы для электронно-лучевой наплавки покрытий толщиной до 3 мм на подложку из титана ВТ1-0. Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и растровой электронной микроскопии исследованы фазовый состав и микроструктура исходных порошков и наплавленных покрытий. На основе результатов исследования микроструктуры и профилей микротвердости в переходной зоне покрытие – подложка сделан вывод о надежной адгезии покрытия к подложке. Исследована зависимость твердости и абразивной износостойкости наплавленных покрытий от фазового состава наплавляемых порошков. Установлено, что по сравнению с титаном ВТ1-0 максимальное повышение твердости гибридных покрытий составляет 2,2 раза, а абразивной износостойкости – 4,3 раза. При этом эффект упрочнения и повышения износостойкости титановой матрицы частицами карбида титана и моноборида титана близок к показателям износостойкости покрытий, наплавленных СВС порошком TiB + Ti, но примерно в 5 раз меньше, чем износостойкость покрытий, наплавленных СВС порошком TiC+Ti.

1. Zwikker U. Titan und Titanlegirungen. – Springer-Verlag, 1974. – 717 p.

2. Прибытков Г. А., Криницын М. Г., Фирсина И. А., Дураков В. Г. Твердость и абразивная износостойкость электронно-лучевых покрытий карбид титана – титановая связка, наплавленных СВС композиционными порошками// Вопросы материаловедения. – 2017. – №4.– C. 52–61.

3. Прибытков Г. А., Коржова В. В., Криницын М. Г., Фирсина И. А. Синтез и электронно-лучевая наплавка композиционных порошков моноборид титана – титановая связка// Вопросы материаловедения. – 2018. – №1. – С. 88–102.

4. Ma F., Wang T., Liu. P., Li W., Liu X., Chen X., Pan D., Lu W. Mechanical properties and strengthening effects of in situ (TiB + TiC) / Ti-1100 composite at elevated temperatures // Materials Science & Engineering A. – 2016. – V. 654. – P. 352–358.

5. Li S., Kondoh K., Imai H., Chen B., Jia L., Umeda J., Fu Y. Strengthening behavior of in situ-synthesized (TiC–TiB) / Ti composites by powder metallurgy and hot extrusion // Materials and Design. – 2016. – V. 95. – P. 127–132.

6. Jia L., Wang X., Chen B., Imai H., Li S., Lu Z., Kondoh K. Microstructural evolution and competitive reaction behavior of Ti–B4C system under solid-state sintering // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – V. 687. – P. 1004–1011.

7. Rahoma H. K. S., Wang X. P., Kong F. T., Chen Y. Y., Han J. C., Derradji M. Effect of (α + β) heat treatment on microstructure and mechanical properties of (TiB + TiC) / Ti–B20 matrix composite // Materials and Design. – 2015. – V. 87. – P. 488–494.

8. Rahoma H. K. S., Chen Y. Y., Wang X. P., Xiao S. L. Influence of (TiC + TiB) on the microstructure and tensile properties of Ti–B20 matrixalloy // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – V. 627. – P. 415–422.

9. SrinivasaVadayar K., Devaki Rani S., Bhanu Prasad V. V. Effect of boron carbide particle size and volume fraction of TiB–TiC reinforcement on Fractography of PM processed Titanium matrix Composites // Procedia Materials Science. – 2014. – V. 6. – P. 1329 – 1335.

10. Kim I. Y., Choi B. J., Kim Y. J., Lee Y. Z. Friction and wear behavior of titanium matrix (TiB + TiC) composites // Wear. –2011. – V. 271. – P. 1962– 1965

11. Choi B.-J., Kim I.-Y., Lee Y.-Z., Kim Y.-J. Microstructure and friction/wear behavior of (TiB + TiC) particulate-reinforced titanium matrixcomposites // Wear. – 2014. – V. 318. – P. 68–77.

12. Sun S., Wang M., Wang L., Qin J., Lu W., Zhang D. The influences of trace TiB and TiC on microstructure refinement and mechanical properties of in situ synthesized Ti matrix composite // Composites: Part B. – 2012. – V.43. – P.3334–3337.

13. Fu B.-G., Wang H. W., Zou C.-M., Wei Z.-J. Microstructural characterization of in situ synthesized TiB in cast Ti–1100-0.10B alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. – 2015. – V. 25. – P. 2206–2213.

14. Zhang C. J., Kong F. T., Xiao S. L., Zhao E. T., Xu L. J., Chen Y.Y. Evolution of microstructure and tensile properties of in situ titanium matrix composites with volume fraction of (TiB + TiC) reinforcements // Materials Science and Engineering A. – 2012. – V. 548. – P. 152–160.

15. Wang M.-M., Lu W.-J., Qin J., Ma F., Lu J., Zhang D. Effect of volume fraction of reinforcement on room temperature tensile property of in situ (TiB + TiC)/Ti matrix composites // Materials and Design. –2006. – V. 27. – P. 494–498.

16. Rangaraj L., Barman K., Divakar C., Jayaram V. Reactive hot pressing of Ti–B–C and Ti– C at 1200°C // Ceramics International. – 2013. – V. 39. – P. 5955–5961.

17. Tabrizi S. G., Sajjadi S. A., Babakhani A., Lu W. Influence of spark plasma sintering and subsequent hot rolling on microstructure and flexural behavior of in-situ TiB and TiC reinforced Ti6Al4V composite // Materials Science&Engineering A. – 2015. – V. 624. – P. 271–278.

18. Lu J., Qin J., Chen Y., Zhang Z., Lu W., Zhang D. Superplasticity of coarse-grained (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V composite // Journal of Alloys and Compounds. – 2010. – V. 490. – P. 118–123.

19. Wang M.-M., Lu W.-J., Qin J., Zhang D., Bo J., Feng Z. The effect of reinforcements on superplasticity of in situ synthesized (TiB+TiC)/Ti matrix composite // Scripta Materialia. – 2006. – V. 54. –P. 1955. –1959.

20. Eriksson M., Salamon D., Nygren M., Shen Z. Spark plasma sintering and deformation of Ti–TiB2composites // Materials Science and Engineering A. – 2008. – V. 475. – P. 101–104.

21. Xie L., Jiang C., Lu W., Zhan K., Feng Q., Wu X., Wang F. The recrystallization behavior of surface deformation layer of (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V composite during isothermal annealing // Materials Science and Engineering A. – 2011. – V.530. – P.239–243.

22. Xie L., Zhou Q., Jin X., Wang Z., Jiang C., Lu W., Wang J., Wang Q. J. Effect of reinforcements on rolling contact fatigue behaviors of titanium matrix composite (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V // International Journal of Fatigue. – 2014. –V. 66. – P. 127–137.

23. Li S., Kondoh K., Imai H., Chen B., Jia L., Umeda J. Microstructure and mechanical properties of P/M titanium matrix composites reinforced by in-situ synthesized TiC–TiB // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – V. 628. – P. 75–83.

24. Xie L., Jiang C., Lu W., Zhan K., Chen Y. Investigation on the residual stress and microstructure of (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V composite after shot peening // Materials Science and Engineering A. – 2011. – V.528. – P.3423–3427.

25. Xie L., Jiang C., Lu W. The influence of shot peening on the surface properties of (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V // Applied Surface Science. – 2013. – V.280. –P.981– 988.

26. Xie L., Jiang C., Lu W., Chen Y., Huang J. Effect of stress peening on surface layer characteristics of (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V composite // Materials and Design. – 2012. – V.33. – P.64–68.

27. Xie L., Wang L., Jiang C., Lu W. The variationsof microstructures and hardness of titanium matrix composite (TiB + TiC)/Ti–6Al–4V after shotpeening // Surface & Coatings Technology. – 2014. – V. 244. – P. 69–77.

28. Акопян А. Г., Долуханян С. К., Боровинская И. П. Взаимодействие титана, бора и углерода/// Физика горения и взрыва. – 1978. – №3. – С. 70–79.

29. Панин В. Е., Белюк С. И., Дураков В. Г., Прибытков Г. А., Ремпе Н. Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: оборудование, технология, свойства покрытий// Сварочное производство. – 2000. – №2. – C. 34–38.

30. Song M. S., Huang B., Zhan g M. X., Li J. G. Study of formation behavior of TiC ceramic obtained by self-propagating high-temperature synthesis from Al–Ti–C elemental powders // Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials. – 2009. – V. 27. – P. 584–589.