Гурин Світлана Василівна. Розробка способів карбооксидування титанових сплавів для підвищення корозійної тривкості в агресивних середовищах

Краткое описание

Гурин Світлана Василівна. Розробка способів карбооксидування титанових сплавів для підвищення корозійної тривкості в агресивних середовищах: дис... канд. техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Фізико-механічний ін-т ім. Г.В.Карпенка. - Л., 2004

Гурин С.В. Розробка способів карбооксидування титанових сплавів для підвищення корозійної тривкості в агресивних середовищах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів, 2004.
Встановлено вплив температурно-часових та газодинамічних параметрів насичення титану та його сплавів на фазовий склад, морфологію та характеристики поверхневих шарів при взаємодії з вуглецькисневмісним середовищем. Виявлено та обґрунтовано існування граничного інтервалу парціального тиску кисню газового середовища, у якому відбувається утворення у поверхневому шарі карбооксидної фази. Розкрито механізм формування потрійної сполуки при насиченні титану та його сплавів з вуглецькисневмісного середовища в інтервалі температур 9001000оС, який передбачає першочергове утворення бінарних фаз монооксиду та карбіду титану з їх наступною взаємодією. Оцінено роль морфології поверхневих шарів титанових сплавів у формуванні рівня корозійної тривкості. Запропоновано спосіб карбооксидування титану та його сплавів (з порошкоподібного графіту при парціальному тиску кисню газового середовища 101102Па) для захисту від корозії у розчинах сульфатної кислоти високих концентрацій при забезпеченні високого рівня механічних властивостей.

Встановлено механізм формування карбооксидної фази у поверхневих шарах титану та його сплавів при обробці у вуглецькисневмісному середовищі в інтервалі температур 9001000оС, який передбачає протікання наступних процесів: насичення поверхні киснем з утворенням плівки диоксиду титану в модифікації рутилу; дисоціацію диоксиду титану на його нижчі оксиди; насичення поверхні вуглецем з формуванням карбіду титану; взаємодію карбіду титану з киснем та монооксидом титану з утворенням карбооксиду титану.
Вперше оцінено роль парціального тиску кисню вуглецькисневмісного середовища (= 10-4104Па) у формуванні структурно-фазового стану поверхневих шарів на титані та його сплавах при насиченні в інтервалі температур 9001000оС. Виявлено та обґрунтовано існування граничного інтервалу парціального тиску кисню насичуючого середовища (10-2103Па), у якому відбувається формування карбооксидної фази. Показано, що при зменшенні вмісту кисню у газовому середовищі від 10-2до 10-4Па у поверхневому шарі утворюється карбідна фаза, а при збільшенні від 103до 104Па - диоксид титану поряд з карбідною фазою, а понад 104Па лише диоксид титану.
Підтверджено, що при обробці титанових сплавів у вуглецькисневмісному середовищі насичення поверхневих шарів вуглецем відбувається внаслідок протікання двох паралельних процесів: твердофазної взаємодії у місцях контакту фракцій порошкоподібної речовини (графіту) з насичувальною поверхнею і переносу атомів вуглецю через газову фазу шляхом утворення монооксиду вуглецю (кисневий механізм). Реалізація вказаних процесів визначає особливості насичення титанових сплавів вуглецем залежно від типу газового середовища. При обробці у динамічному середовищі інтенсивність насичення поверхневого шару вуглецем і киснем є вищою у порівнянні із статичним у результаті більшого вкладу у процес насичення другого процесу, спричиняючи збільшення величини вуглецевої компоненти у складі карбооксидної фази при збільшенні глибини модифікованого шару та рівня його зміцнення.
Встановлено залежності між складом карбооксидної фази (TiCxOy), сформованої у поверхневому шарі титанових сплавів, і температурно-часовими параметрами обробки та парціальним тиском газового середовища. З підвищенням температури вміст вуглецевої (х) компоненти у складі потрійної сполуки зростає, а кисневої (у) зменшується. Подовження тривалості обробки залежно від типу газового середовища забезпечує збільшення кількості вуглецю та зменшення кисню (динамічне) або протилежну закономірність (статичне). Зміна складу карбооксидної фази при збільшенні парціального тиску кисню від 10-2до 103Па має складну залежність: до 101Па вміст вуглецю зростає, а надалі зменшується.
Встановлено вплив температурно-часових параметрів карбооксидування титанових сплавів на характеристики модифікованого шару. Показано, що товщина його складових - поверхневої плівки та насиченого шару знаходиться у прямій залежності від температури та ізотермічної витримки, хоча вплив температури є більш істотний: при 900оС з подовженням тривалості обробки від 1 до 15 год товщина плівки зростає у 1,31,8 рази, а насиченого шару у 2,73,0 рази; з підвищенням температури до 1000оС товщина складових модифікованого шару збільшується ще вдвічі.
Оцінено роль структурно-фазового стану модифікованих шарів титанових сплавів, сформованих під час термодифузійного насичення з вуглецькисневмісного середовища в інтервалі температур 9001000оС, у формуванні рівня корозійної тривкості у 80% водному розчині сульфатної кислоти. Показано ефективність утворення карбооксидної фази: корозійна тривкість зростає більш, ніж на два порядки у порівнянні з покриттями, що містять оксидну фазу, і на три карбідну. Найвищий рівень захисних властивостей забезпечують карбооксидні покриття зі складом, близьким до еквіатомного (TiC~0,5O~0,5).
Запропоновано спосіб термодифузійного карбооксидування титанових сплавів, який полягає в обробці у порошкоподібному графіті при парціальному тиску кисню 101102Па при температурах 900 <T< 950oC протягом 515 год. Використання такої обробки у порівнянні з відомими способами однокомпонентного насичення дозволяє підвищити корозійну тривкість у 80% водному розчині сульфатної кислоти більш, ніж на три порядки відносно оксидування та більш, ніж на порядок у порівнянні з навуглецюванням при забезпеченні високого рівня механічних властивостей.