Journals →  Цветные металлы →  2017 →  #1 →  Back

Композиционные материалы и многофункциональные покрытия
ArticleName Исследование формирования интерметаллидных Ti – Al-соединений на поверхности сплава TiAl(γ)
DOI 10.17580/tsm.2017.01.09
ArticleAuthor Скаков М. К., Сагдолдина Ж. Б., Степанова О. А., Рахадилов Б. К.
ArticleAuthorData

Национальный ядерный центр Республики Казахстан, Курчатов, Казахстан:

М. К. Скаков, руководитель Института атомной энергии

Б. К. Рахадилов, старший научный сотрудник Института атомной энергии

 

Государственный университет им. Шакарима города Семей, Семей, Казахстан:

О. А. Степанова, заведующая кафедрой технической физики и теплоэнергетики

Ж. Б. Сагдолдина, PhD докторант, эл. почта: sagdoldina@mail.ru

Abstract

 

Приведены результаты исследования формирования интерметаллидных соединений на поверхности сплава TiAl(γ) после нанесения Al-покрытия и последующего вакуумного отжига при температурах 600 и 700 оС в течение 2 ч. Диффузионное обогащение поверхности TiAl(γ) алюминием применяется для повышения высокотемпературной жаростойкости сплава. Методом магнетронного напыления на поверхности сплава Ti – 42 Al – 2,5 Cr – 1 Nb – 0,7 Si – 0,5 B (% (ат.)) было получено Al-покрытие толщиной 500 нм. Были изучены фазовый состав и морфология поверхности сплава с Al-покрытием после вакуумного отжига. Процессы, происходящие при вакуумном отжиге, вызывают изменения морфологии покрытия с образованием «бугорков», которые могут служить центрами предпочтительного образования новых соединений Ti – Al. На основе анализа влияния избытка атомов Al на кристаллическую решетку TiAl(γ) показано, что диффузионный процесс протекает без образования структурных вакансий и доминирующими структурными дефектами являются антиструктурные дефекты (Al → Ti). Согласно этому механизму, смещение атомов алюминия в направлении к поверхности кристалла сопровождается релаксацией упругой энергии, связанной с искажениями кристаллической решетки, которая приводит к изменению морфологии поверхности образца после вакуумного отжига. Проведен рентгенофазовый анализ приповерхностных слоев образцов в геометрии параллельного рентгеновского луча при скользящем облучении поверхности образцов рентгеновским пучком под малым углом падения. Результаты фазового анализа приповерхностного тонкого слоя показали образование новых интерметаллидных соединений Al3Ti, Al2Ti после отжига при 600 оС. Увеличение температуры вакуумного отжига до 700 оC не изменяет фазовый состав приповерхностного слоя, наблюдается усиление интенсивности дифракционных рефлексов Al3Ti относительно рефлексов TiAl и Al2Ti. Таким образом, нанесением тонких покрытий из Al на поверхность сплава TiAl(γ) и последующим вакуумным отжигом можно модифицировать поверхностные структурно-фазовые свойства сплава с образованием новых интерметаллидных Ti – Al-соединений.

Работа была выполнена в рамках грантового финансирования научных исследований на 2015–2017 гг. Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан, грант 2063/ГФ4.

 

keywords Интерметаллид, покрытие, алюминид титана, вакуумный отжиг, фаза, морфология, антиструктурный дефект
References

1. Yamaguchi M., Inui H., Ito K. High-temperature structural intermetallics // Acta materiala. 2000. Vol. 48. P. 307–322.
2. Stolo N. S., Liu C. T., Deevi S. C. Emerging applications of intermetallics // Intermetallics. 2000. Vol. 8. P. 1313–1320.
3. Nuria Cinca, Carlos Roberto Camello Lima, Jose Maria Guilemanya. An overview of intermetallics research and application: Status of thermal spray coatings // J. Mater. Res. Technol. 2013. Vol. 2 (1). P. 75–86.
4. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : cправочник. — М. : ВИЛС – МАТИ, 2009. — 520 с.
5. Деменок А. О., Ганеев А. А., Деменок О. Б., Кулаков Б. А. Выбор легирующих элементов для сплавов на основе алюминида титана // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2013. Т. 13, № 1. C. 95–102.
6. Masao Miyake, Seiya Tajikara, Tetsuji Hirato. Fabrication of TiAl3 coating on TiAl-based alloy by Al electrodeposition from dimethylsulfone bath and subsequent annealing // Surface & Coatings Technology 2011. Vol. 205. P. 5141–5146.
7. Goral M., Swadzba L., Moskal G., Jarczyk G., Aguilar J. Diffusion aluminide coatings for TiAl intermetallic turbine blades // Intermetallics. 2011. Vol. 19. P. 744–747.
8. Haanappel V. A. C., Stroosnijder M. F. Ion implantation as research tool for improving oxidation behaviour TiAl based intermetallic alloys // Surface Engineering. 1999. Vol. 15 (2).
9. Zhenyu Liu, Guodong Wang. Improvement of oxidation resistance of γ-TiAl At 800 and 900 оC in air by TiAl2 coatings // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 397. No 1/2. P. 50–57.
10. Liu J., Dahmen M., Ventzke V., Kashaev N., Poprawe R. The effect of heat treatment on crack control and grain refinement in laser beam welded b-solidifying TiAl-based alloy // Intermetallics. 2013. Vol. 40. P. 65–70.
11. Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов : уч. для вузов. — 4-е изд. — М. : МИСИС, 2005. — 432 с.
12. Nakajima H., Sprengel W., Nonaka K. Diffusion in intermetallic compounds // Intermetallics. 1996. Vol. 4. P. 17–28.
13. Sprengel W., Oikawa N., Nakajima H. Single-phase interdiffusion in TiAl // Intermetalics. 1996. Vol. 4. P. 185–189.
14. Fu C. L., Yoo M. H. Bonding mechanisms and point defects in TiAI // lntermetallics. 1993. Vol. 1. P. 59–63.
15. Mishin Y., Herzig Chr. Diffusion in the Ti – Al system // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. P. 589–623.
16. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. — М. : Машиностроение, 1996. — 498 c.
17. Luo J. S., Li K., Li X. B., Shu Y. J., Tang Y. J. Phase evolution and alloying mechanism of titanium aluminide nanoparticles // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615. P. 333–337.
18. Сагдолдина Ж. Б., Мамаева А. А. Фазовые превращения системы Ti – Al после ионной имплантации и последующего термического отжига // Цветные металлы. 2010. № 4. С. 82–84.
19. Chu M. S., Wu S. K. The improvement of high temperature oxidation of Ti – 50Al by sputtering Al film and subsequent interdiffusion treatment // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. P. 3109–3120.
20. Leyens C., van Liere J. W., Peters M., Kaysser W. A. Magnetron-sputtered Ti – Cr – Al coatings for oxidation protection of titanium alloy // Surface and Coatings Technology. 1998. Vol. 108/109, No. 1–3. P. 30–35.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back