РОЗРОБКА КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ дибориду титану-хрому ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ в УМОВах ФРЕТИНГ- КОРОЗІЇ

Короткий опис

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА
ім. І.М. Францевича

На правах рукопису

Пугачевська Євгенія Петрівна

УДК 621.762: 661.8.611:620.178.16

РОЗРОБКА КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ дибориду титану-хрому ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ
в УМОВах ФРЕТИНГ- КОРОЗІЇ

Спеціальність 05.02.01 - матеріалознавство

ДИСЕРТАЦІЯ
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник:
доктор технічних наук
Уманський Олександр Павлович

Київ - 2013 ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

5

ВСТУП............
6

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ПИТАННЯ Й ШЛЯХИ ЙОГО РОЗВ’ЯЗАННЯ..
13

1.1. Характеристика ушкоджень деталей машин при фреттинг- корозії..............
13

1.2. Особливості експлуатації титану і його сплавів
17
1.3. Аналіз сучасних методів нанесення зносостійких покриттів з композиційних матеріалів. Електроіскрове легування (ЕІЛ)...............
25
1.4. Тугоплавкі сполуки бору як перспективні матеріали для одержання зносостійких композитів та покриттів з них ...
33

Висновки до розділу 1...

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКИ ЕКСПЕРИМЕНТУ Й ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ....
45

2.1. Метод дослідження контактної взаємодії для систем "тверде тугоплавке з'єднання - розплав"..

45

2.2. Металографічний аналіз контактної зони взаємодії й розроблених композиційних матеріалів ..

47

2.3. Механічні властивості...
48

2.4. Високотемпературне окиснення ..
49

2.5. Методика нанесення покриттів ...
50

2.6. Метод випробувань матеріалів на зношування при фретинг- корозії ..
52
2.7. Характеристика вихідних порошків і матеріалів ..
55

Висновки до розділу 2...
57
РОЗДІЛ 3. ЗНОШУВАННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ ЗА УМОВ ФРЕТИНГ- КОРОЗІЇ .....

58

Висновки до розділу 3
63

РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ Й ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ НА ОСНОВІ (Ti,Cr)B2 - Ni - Cr .

64

4.1. Дослідження контактної взаємодії дибориду титану-хрому зі сплавами Nі - Cr і вибір оптимальних складів композиційних матеріалів триботехнического призначення

64
4.2. Розробка технологічних параметрів одержання композиційних матеріалів системи (Ti,Cr)B2 - (Nі - Cr)..
71

4.3. Дослідження структури й фізико-механічних властивостей одержаних композиційних матеріалів .
72

4.4. Дослідження стійкості матеріалу до високотемпературного окиснення ...

76

4.5. Вплив структури й властивостей композиційних матеріалів системи (Ti,Cr)B2 - Nі - Cr на зношування за умов фретинг- корозії

78

Висновки до розділу 4...
80

РОЗДІЛ 5. ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ КОМПОЗИТІВ СИСТЕМИ (Ti,Cr)B2 - Nі - Cr, ЇХ СТРУКТУРА Й ВЛАСТИВОСТІ .....

81

5.1. Закономірності формування електроіскрових покриттів на основі розроблених композиційних матеріалів системи (Ti,Cr)B2
Nі Cr на титанові сплави ..

81

5.2. Дослідження структури покриттів на основі (Ti,Cr)B2 Ni Cr

91

5.3. Фізико-механічні властивості покриттів на основі (Ti,Cr)B2 Ni Cr...

106

5.4. Результати випробувань покриттів на фретинг- корозію .......

108
Висновки до розділу 5...
110
РОЗДІЛ 6. МЕХАНІЗМИ ЗНОШУВАННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ І ПОКРИТТІВ НА ЇХ ОСНОВІ ЗА УМОВ ФРЕТИНГ- КОРОЗІЇ ..................................

111

6.1. Дослідження механізму зношування титанових сплавів ВТ-3 і ВТ-22..

112

6.2. Дослідження механізму зношування розроблених композиційних матеріалів в однойменних парах тертя .

113

6.3. Дослідження механізму зношування пари тертя "композит - титановий сплав ВТ-3"..
120
6.4. Механізми зношування покриттів на основі розроблених матеріалів в однойменних парах тертя й у парі "покриття - титановий сплав ВТ-3"

122
Висновки до розділу 6...

127

УЗАГАЛЬНЕННЯ..
129
ВИСНОВКИ.

132

СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ
135

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

ВК твердий сплав WC-Co;
КМ композиційний матеріал;
МРСА мікрорентгеноспектральний аналіз;
РФА рентгенофазовий аналіз;
ТБХН розроблений композиційний матеріал (Ti,Cr)B2 - Ni 15 мас. % Cr;
ТБХН30 розроблений композиційний матеріал
(Ti,Cr)B2 30 % (Ni 15 мас. % Cr);
ТБХН40 розроблений композиційний матеріал
(Ti,Cr)B2 40 % (Ni 15 мас. % Cr);
ТБХН50 розроблений композиційний матеріал
(Ti,Cr)B2 50 % (Ni 15 мас. % Cr);
ЕІЛ електроіскрове легування.

ВСТУП

Основна тенденція розвитку сучасної техніки полягає в прагненні до підвищення реалізованих швидкостей, тисків, робочих температур при одночасному рості надійності, зокрема , ресурсу конструкції, зниженні маси на одиницю потужності, а також поліпшення експлуатації окремих вузлів і машин у цілому за умов впливу агресивних середовищ. Це неможливо без використання деталей, що мають високі триботехнічні характеристики поверхневих шарів, тому що в абсолютній більшості випадків саме вони відповідальні за зносостійкість, корозійну стійкість, адгезионную сумісність і інші експлуатаційні характеристики виробів [1].
Потрібно вдосконалення існуючих і розробка нових матеріалів, що відрізняються підвищеними фізико-технічними й експлуатаційними характеристиками, надійністю й технологічністю виробництва. Саме тому приділяється особлива увага створенню й освоєнню нових, особливо економічних матеріалів, розвитку й впровадженню у виробництво новітніх методів зміцнення металів.
До числа найбільш перспективних матеріалів поряд з тугоплавкими металами та їх сплавами ставляться тугоплавкі металоподібні й неметалічні з'єднання типу карбідів, боридів, нітридів, силіцидів, алюмінідів, оксидів і сульфідів [2 4]. Однак їх безпосереднє використання для виготовлення деталей машин і механізмів часто обмежується технологічними труднощами, пов'язаними з їх значною крихкістю й невисокими міцнісними властивостями за умов динамічних навантажень, а також відносно високою вартістю.
Композиційні матеріали на основі тугоплавких сполук набагато доцільніше використовувати як накладки на поверхні деталей машин, що труться або застосовувати їх у формі зносостійких покриттів. Створення таких накладок і покриттів є в ряді випадків найбільш ефективним, а іноді і єдино можливим засобом вирішення складних технічних проблем. Покриття з тугоплавких з'єднань економічно рентабельні, тому що їх застосування дає змогу спростити технологію, а також замінити коштовні й рідкі метали менш дефіцитними матеріалами без істотної зміни працездатності деталей, конструкцій і агрегатів. Так, наприклад, корозійностійкі високотемпературні хромисті й хромонікелеві сталі в ряді випадків з успіхом заміняються звичайними вуглецевими сталями із хромовими, нікелевими, цинковими й іншими покриттями, які наносяться різними способами [5].
Застосування різних типів зносостійких і антифрикційних покриттів дає змогу збільшити термін служби й підвищити надійність роботи різноманітних деталей машин і інструментів. Традиційними в сучасному машинобудуванні є такі методи одержання дифузійних захисних покриттів, що підвищують твердість і зносостійкість сталевих деталей, як цементація, азотування, нітроцементація, хромування.
Без захисних окалиностійких покриттів неможливе створення й використання в окисних середовищах жароміцних матеріалів на основі тугоплавких металів "великої четвірки" (ніобію, танталу, молібдену, вольфраму). Маючи необхідні механічні властивості при високих температурах (1000 °С й вище), ці матеріали інтенсивно окиснюються вже при температурах вище 700 - 800 °С. Спроби розв'язати проблему забезпечення окалиностійкості тугоплавких металів і їх сплавів металургійним шляхом, тобто додаванням легуючих добавок, поки що не призвели до серйозних успіхів. У той же час застосування захисних покриттів у багатьох випадках виявилося ефективним. У цей час загальновизнано, що застосування покриттів для захисту високотемпературних матеріалів від газової корозії ― найбільш перспективний і реальний шлях вирішення цієї проблеми [6].
Таким чином, є актуальним напрямок, пов'язаний з розробкою композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук у парі з в'язкою металевою зв'язкою. Вибір складу металевої зв'язки є дуже важливим завданням і повинен проводиться з урахуванням наступних вимог:
1. У системі "тугоплавке з'єднання — металева зв'язка" у процесі міжфазової взаємодії повинні утворюватися контактні кути змочування q<<90o, в оптимальних випадках близькі до нульових.
2. Між тугоплавкою складовою й металевою зв'язкою повинна бути відсутня активна взаємодія, що приводить до утворення нових хімічних сполук.
Оптимальним для композиційних матеріалів після взаємодії тугоплавкої й металевої фаз є утворення взаємних обмежених твердих розчинів.
Аналіз літературних джерел показав, що на сучасному етапі не існує універсальних композиційних матеріалів, здатних рівною мірою успішно застосовуватися за умов ударних навантажень, інтенсивного зношування, в агресивних середовищах, а також при високих температурах. У цьому зв'язку актуальним завданням є розробка нових композиційних матеріалів на основі тугоплавких з'єднань із високими фізико-механічними й триботехнічними властивостями.
Актуальність теми обумовлена поставленим науково-технічним завданням, а саме зміцнення бандажних полиць лопаток газотурбінних двигунів. Для вирішення цього завдання був проведений комплекс наукових досліджень, спрямованих на визначення механізмів взаємодії тугоплавких сполук з металевими розплавами, дослідження закономірностей структуроутворення композиційного матеріалу, вивчення його фізико-механічних, фізико-хімічних і триботехнічних властивостей, розроблення технологічних параметрів нанесення електроіскрових покриттів на основі одержаного матеріалу й вивчення їхніх властивостей з урахуванням умов експлуатації.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з програмою Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України «Структурні та фазові перетворення при консолідації та термомеханічних впливах у високотемпературних корозійно-стійких матеріалах та покриттях на основі безкисневих тугоплавких з’єднань» (шифр теми III 3 06).
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розроблення композиційного матеріалу на основі дибориду титану-хрому з нікель-хромовою зв'язкою для використання його як накладок на робочі поверхні або ЕІЛ-покриттів для зміцнення й відновлення бандажних полиць робочих лопаток газотурбінного двигуна Д-36.
Для досягнення поставленої мети в роботі розв’язуються такі завдання:
1. Вивчення особливостей і закономірностей зношування титанових сплавів з метою визначення принципів вибору матеріалів, що ефективно працюють за умов фретинг-корозії.
2. Визначення оптимальних складів композиційного матеріалу з використанням методу «лежачої каплі» та вивчення закономірностей контактної взаємодії тугоплавкої сполуки з металевими розплавами, дослідження структури та властивостей розроблених композиційних матеріалів.
3. Розроблення технологічних параметрів нанесення нових електроіскрових покриттів на основі одержаного матеріалу та вивчення їхніх фізико-механічних і експлуатаційних властивостей.
4. Проведення триботехнічних випробувань розроблених композитів і покриттів з них у різних комбінаціях пар тертя; вивчення механізмів зношування композиційних матеріалів і покриттів з них за умов фретинг-корозії та надання рекомендацій щодо їхнього застосування.
Об'єкт дослідження фізико-хімічні процеси міжфазової взаємодії в системах "тугоплавка сполука металева зв’язка", механізми підвищення зносостійкості композиційних матеріалів і покриттів на їх основі.
Предмет дослідження міжфазна взаємодія тугоплавкої сполуки TiCrB2 з металевими розплавами Nі-Cr, закономірності впливу структури та властивостей композиційного матеріалу TiCrB2 Ni-Cr з різним вмістом металевої зв'язки на механізми зношування, фізико-механічні, фізико-хімічні й триботехнічні властивості розроблених композитів і покриттів на їх основі.
Методи досліджень. У роботі проведені дослідження фізико-хімічної сумісності тугоплавкої й металевої фаз з використанням методів "лежачої" каплі у вакуумі, металографічного, мікрорентгеноспектрального аналізу, рентгенофазового аналізу, електроіскрового легування, випробувань на фретинг-корозію, високотемпературного окиснення, мікродюрометричного та хімічного аналізів.
Наукова новизна одержаних результатів.
1. Вперше вивчено закономірності змочування та механізми контактної взаємодії в системах TiCrB2-Ni-Cr і встановлено, що домішки хрому в кількості 15 мас. % сприяють утворенню нульових контактних кутів та запобігають утворенню нових хімічних сполук. Це дозволило розробити новий композиційний матеріал триботехнічного призначення, особливість якого в тому, що за умов фретинг-корозії тугоплавка складова окиснюється більш інтенсивно, ніж металева, утворюючи при цьому на поверхні композиту дискретну зносостійку оксидну плівку, яка забезпечує підвищення зносостійкості матеріалу в 2-4 рази
2. Сформульовано принципи вибору матеріалів для роботи за умов фретинг-корозії, які полягають у тому, що для підвищення зносостійкості рекомендовано використовувати гетерофазні кермети, в яких внаслідок селективної здатності до окиснення тугоплавкої та металевої фаз в зоні контакту при терті утворюються дискретні оксидні структури, що суттєво підвищує ресурс роботи деталей машин і механізмів
3. Уперше вивчено механізм зношування титанових сплавів за умов фретинг-корозії й установлено, що в процесі тертя формується суцільна оксидна плівка, яка складається з оксидів TiO, TiO2, Ti2O3. Через різні значення КТР та різні об'ємні фактори Піллінга Бедвордса між шарами плівки, а також під впливом вібраційних механічних навантажень трибоплівка руйнується. Продукти окиснення титанового сплаву виносяться з зони контакту, і тертя відбувається по ювенільній поверхні матеріалу, що приводить до схоплювання елементів пари тертя та виривання матеріалу, тобто реалізується адгезійний механізм зношування.
4. Уперше на титанових сплавах одержані електроіскрові покриття, що являють собою безперервний модифікований шар, який складається з металевої матриці Tі-Nі-Cr з рівномірним розподілом у ній зерен дибориду титану-хрому розміром ~0,5 мкм, а також ділянок зі структурою, ідентичною вихідному електродному матеріалу. Ці ділянки містять конгломерати зерен TiCrB2 розміром 3-5 мкм з розподілом між ними металевої зв'язки. Така структура покриттів дає змогу підвищити зносостійкість титанових сплавів у 2-4 рази.
Практичне значення одержаних результатів. На основі одержаних теоретичних і експериментальних даних розроблено композиційний матеріал, якій рекомендується використовувати як накладки або зносостійкі покриття на бандажні полиці робочих лопаток двигуна Д-36.
На заводі 410ЦА проведено апробацію композиційного матеріалу ТБХН40 (TiCrB2-Ni-Cr), який забезпечує одержання електроіскрових покриттів на титановому сплаві ВТ3 високої зносостійкості. Інтенсивність зношування за умов фретинг-корозії становить 1-3 мкм/500 тис. циклів (за навантаження 20 МПа, частоти 30 Гц, амплітуди 125 мкм), що у 2-4 рази більше від зносостійкості титанових сплавів та у 2 рази більше за зносостійкість покриттів із твердого сплаву ВК.
У лабораторії випробувань на втому та фретинг-корозію Національного авіаційного університету були проведені дослідження зносостійкості за умов фретинг-корозії композиційних матеріалів ТБХН (TiCrB2-Ni-Cr). У результаті встановлено, що інтенсивність зношування композиційних матеріалів за умов фретинг-корозії становить 2-5 мкм/500 тис. циклів, що у 2-4 рази перевищує зносостійкість титанових сплавів.
Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертаційної роботи, які виносяться на захист, належать особисто здобувачеві. Автору належать: проведення експериментальних випробувань, опрацювання результатів та їх аналіз, підготовка наукових статей до друку, безпосередня участь у проведенні випробувань. Вибір об’єктів дослідження та постановка наукової мети, формулювання наукових завдань досліджень, планування експериментів та обговорення одержаних результатів виконано спільно з науковим керівником. За результатами усіх етапів роботи здобувачем були сформульовані основні висновки за темою роботи.
Робота виконана в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України. Аналіз складу і структури зони взаємодії в процесі змочування проведений спільно з проф. А. Д. Панасюк; триботехнічні випробування за умов фретинг-корозії проводились спільно з канд. техн. наук А.М. Хімко; вивчення особливостей окиснення розроблених композитів за високих температур проведено за участі проф. В.А. Лавренко та наук. співроб. С.С. Чупрова.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися та обговорювалися на VIII Міжнародній науково-технічній конференції «АВІА-2007» (Київ, НАУ, 2007 р.), на VII Міжнародному науково-технічному семінарі «Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки, сборки и ремонта в промышленности и на транспорте» (Свалява, 2007 р.), на ХІV Міжнародному конгресі двигунобудування, (Україна, Харків, 2009 р.), на ІХ Міжнародній науковій конференції студентів та молодих учених «Політ-2009» (Київ, НАУ, 2009 р.), на Міжнародній науково-технічній конференції «АВІА-2009» (Київ, НАУ, 2009 р.), на 9 -й Міжнародній науково-технічній конференції «Инженерия поверхности и реновация изделий» (Київ, 2009 р.), на ІІ конференції молодих вчених «Реальність та перспективи матеріалознавства» (ІПМ НАНУ, Київ, 2011 р.).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 друкованих робіт, з яких 6 статей у наукових фахових виданнях, 5 публікацій за матеріалами доповідей на науково-технічних конференціях та семінарах; отримано патент на композиційний зносостійкий матеріал на основі дибориду титану-хрому.

Список літератури

ВИСНОВКИ

В рамках дисертаційної роботи вивчені структурні зміни в поверхневих шарах у процесі зношування титанових сплавів, композиційних матеріалів і покриттів з них, що дозволило сформулювати критерії вибору матеріалів для роботи за умов фретинг-корозії. Запропоноване рішення завдання зміцнення й відновлення бандажних полиць лопаток газотурбінних двигунів шляхом застосування нового композиційного матеріалу ТБХН у якості накладок або шляхом нанесення зносостійкого електроіскрового покриття з розроблених композитів.
1. Вивчені матеріалознавчі аспекти поведінки титанових сплавів за умов фретинг-корозії, які полягають в тому, що присутня на титановому сплаві оксидна плівка під дією виникаючих у процесі тертя температур стає крихкою і за рахунок різниці КТР і об'ємних ефектів між шарами плівки та між плівкою й основою руйнується. Після цього тертя відбувається по ювенільній поверхні, що призводить до схоплювання й виривань матеріалу, тобто реалізується адгезійний механізм зношування.
2. Сформульовані принципи вибору складів матеріалів для роботи за умов фретинг-корозії, які полягають у тому, що для підвищення зносостійкості рекомендується використовувати гетеро фазні кермети із селективною здатністю до окиснення тугоплавкої й металевої фаз, що дасть змогу сформувати в зоні тертя зносостійкі дискретні оксидні плівки і тим самим суттєво підвищити ресурс роботи деталей машин і механізмів.
3. За результатами контактної взаємодії дибориду титан−хрому з нікелевими сплавами з додаванням хрому в концентраційному діапазоні 5-30 мас. % Cr обрано оптимальний склад металевої зв'язки композиційного матеріалу — Nі−15% Cr. При такій концентрації хрому в сплаві нікелю не відбувається активна хімічна взаємодія між компонентами композиційного матеріалу. Хром, як поверхнево-активний елемент, сприяє розтіканню нікелю по поверхні дибориду титан−хрому, що призводить до утворення нульових контактних кутів.
4. Розроблено новий композиційний матеріал на основі дибориду титану-хрому з 30, 40 і 50 мас.% металевої зв'язки Nі−Cr, який має високі фізико-механічні властивості (твердість за Вікерсом 21 − 25 ГПа, агрегатна твердість ~89 HRA, межа міцності на вигин 1310 − 1490 МПа). Матеріал має селективну здатність до окиснення, тобто протікає багатостадійний процес окиснення з утворенням оксидів тугоплавкої складової матеріалу (оксиди бору В2О3 і складні оксиди титан−хрому TixCryOz) і металевої зв'язки (ймовірно, складні оксиди нікелю й хрому NiO, Cr2O3, що утворюють шпінель NiCr2O4).
5. Встановлено, що покриття, нанесені матеріалами з 30, 40 і 50 мас. % металевої зв'язки, являють собою безперервний модифікований шар, який складається з металевої матриці Tі−Nі−Cr з рівномірним розподілом у ній зерен дибориду титану-хрому розміром ~ 0,5 мкм. У модифікованому шарі також виявлені дискретні ділянки зі структурою, ідентичною вихідному електродному матеріалу з розміром зерен (Ti,Cr)B2 3−5 мкм. Покриття мають високі фізико-механічні властивості, твердість покриттів становить ~ 19 ГПа. Найбільш оптимальні трибологічні властивості має покриття із КМ ТБХН40, інтенсивність зношування якого становить ~ 8 мкм/500 тис. циклів. Покриття з розробленого матеріалу збільшують зносостійкість титанових сплавів в 2−4 рази.
6. Показано, що високі результати по зносостійкості за умов фретинг−корозії розробленого композиційного матеріалу в однойменній парі тертя (КМ − КМ) забезпечуються за рахунок формування на поверхні тертя дискретних оксидних плівок, тобто в даній парі тертя реалізується окисний механізм зношування. Дискретність плівок забезпечується селективністю окиснення матеріалу: тугоплавка складова композиту окислюється інтенсивніше з утворенням складних оксидів титан−хрому. Змінюючи кількість металевої зв'язки в композиті можна керувати механізмом зношування КМ. Чим менше в матеріалі металевої зв'язки, тим більше в процесі тертя формується оксидних фаз тугоплавкої складової, запобігаючи підвищеному зношуванню матеріалу. Зносостійкість за умов фретинг-корозії розробленого композиційного матеріалу в однойменній парі тертя (КМ − КМ) вище зносостійкості титанових сплавів в 2 − 4 рази.
7. Встановлено, що пара тертя "композит-титановий сплав" характеризується адгезійним механізмом зношування, тому що в процесі тертя відбувається перенесення матеріалу контрзразка (титанового сплаву) на зразок і тертя відбувається в парі "титановий сплав − титановий сплав". Інтенсивність зношування становила ~ 9 мкм/500 тис. циклів.
8. Проведено апробацію на заводі 410 ЦА композиційного матеріалу ТБХН40 ((Ti,Cr)B2-Ni-Cr), який забезпечує одержання електроіскрових покриттів на титановому сплаві ВТ3 високої зносостійкості. Інтенсивність зносу за умов фретинг-корозії становить 1 − 3 мкм/500 тис. циклів (при навантаженні 20 МПа, частоті 30 Гц, амплітуді 125 мкм), що в 2 − 4 рази більше зносостійкості титанових сплавів та у 2 рази більше зносостійкості покриттів з твердого сплаву ВК. В лабораторії випробувань на втому та фретинг-корозію Національного авіаційного університету проведені дослідження зносостійкості за умов фретинг-корозії композиційних матеріалів ТБХН ((Ti,Cr)B2−Ni−Cr), і встановлено, що інтенсивність зносу композиційних матеріалів за умов фретинг-корозії становить 2 − 5 мкм/500 тис. циклів, що в 2 − 4 рази більше зносостійкості титанових сплавів.

Список літературних джерел

1. Белый А.В. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев / Белый А.В., Карпенко Г.Д., Мышкин Н.К. М.: Машиностроение, 1991. 208 с.
2. Особо тугоплавкие элементы и соединения. Справ. / Под ред. Котельникова Р.Б. М.: Металлургия, 1969. 468 с.
3. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургиздат, 1963. 397 с.
4. Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справ. / Под ред. Туманова А.Г. и Портного К.И. М.: Машиностроение, 1967. 438 с.
5. Дубинин Г.Н. Исследования жаропрочных сплавов. // Сб. трудов Московского авиационного институту им. С. Оржоникидзе. М.: Оборонгиз, 1960. №23. С.53.
6. Джейер М.М. Исследования при высоких температурах: Пер. с англ. М.: Наука, 1967. 447 с.
7. Голего Н.Л Фреттинг−коррозия металлов / Н.Л. Голего, А.Я. Алябьев, В.В. Шевеля. К.: «Техніка», 1974. 272 с.
8. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / Е.Л. Шведков, Д.Я. Ровинский, В.Д. Зозуля, Э.Д. Браун. К.: Наук. думка, 1979. 188 с.
9. Уотерхауз Р.Б. Фреттинг-коррозия / Пер. с англ. И.А. Степанов. Л.: Машиностроение, 1976. 272 с.
10. Шевеля В.В. Фреттинг−усталость металлов / В.В. Шевеля, Г.С. Калда. Хмельницкий: Поділля, 1998. 299 с.
11. Солонина О.П. Жаростойкие титановые сплавы / Солонина О.П., Глазунов С.Г. М.: "Металлургия", 1976. - 447 с.
12. Ляхович Л.С. Перспективы химико-термической обработки титана и его сплавов // Защитные покрытия на металлах 1976. №. 10. С. 20 24.
13. Клабуков А.Г. Повышение износостойкости титанового сплава оксидированием / Клабуков А.Г., Зуев А.М . Машиностроение, 1974. № 3. С. 120 124.
14. Лабунец В.Ф. Износостойкие боридные покрытия / Лабунец В.Ф., Ворошиин Л.Г. К.: Техника. 1989. 207 с.
15. Каплун В.Г. Дослідження зносостійкості титанового сплаву ВТ8 після низькотемпературного азотування в плазмі тліючого розряду / Каплун В.Г., Машовець Н.С., Маковкін О.М. // Проблеми трибології. 2008. №4. С. 84 88.
16. Кулик А.Я. Физико-механические свойства диффузионных покрытий на титановых сплавах / А.Я. Кулик, Ю.Н. Пресман, Л.С. Ляхович, Л.Н. Косачевский // Металловедение и термическая обработка металлов. 1974. № 10. С. 17 20.
17. Гасій О.Б. Суцільність вакуумних йонно-плазмових покриттів в залежності від технологічних режимів їх нанесення / Гасій О.Б., Голубець В.М. // Проблеми трибології. 2004. № 2. С. 3 6.
18. Устюгов А.А. Применение плазменных покрытий для защиты от износа корпуса подшипников из титановых сплавов // Теория и практика новых сплавов. Теория и практика газотермического нанесения покрытий. Рига: Знание, 1980. С. 20 21.
19. Шевеля В.В. Повышение фреттингостойкости титановых сплавов плазменными покрытиями / Шевеля В.В., Химко А.Н., Краля В.А., Трытяк А.С. // Проблемы трибологии. 2008. - №4. С. 105 114.
20. Ильинский И.И. Исследование эффективности применения детонационных покрытий на основе карбида вольфрама для защиты титановых сплавов от фреттинг-коррозии / Ильинский И.И., Духота А.И., Сергеев В.В. // Тез. докл. VII Всесоюз. сов.: Теория и практика газотермического напыления покрытий. Рига, 1980. С. 132 133.
21. Авиационные материалы и технология / П.Т. Коломыцев, А.Т. Лысенко, Н.И. Сысков, Е.Г. Иванов. К.: КВВАИУ, 1976. 374 с.
22. Авиационное материаловедение / П.Т. Коломыцев, Ю.М. Майзель, К.П. Ромадин, Н.И. Сысков. М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1971. − 383с.
23. Цвиккер У. Титан и его сплавы / Цвиккер У.; [Пер. с нем.] − М.: «Металлургия», 1979. − 512 с.
24. Титановые сплавы в машиностроении. − Л.: "Машиностроение" (Ленингр. отд-ние), 1977. - 248 с.
25. Глазунов С.Г. Конструкционные титановые сплавы / Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. М. :"Металлургия", 1974. − 368 с.
26. Пульцин Н.М. Титановые сплавы и их применение в машиностроении. М. - Л., Машгиз. 1962. − 168 с.
27. Тавадзе Ф.Н. Коррозионная стойкость титановых сплавов / Тавадзе Ф.Н., Манджгаладзе С.Н. М.: «Металлургия», 1969. 208 с.
28. Улиг Г. Коррозия металлов (основы теории и практики) / Г. Улиг. М.: «Металлургия», 1968. 308 с.
29. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов / Кащеев В.Н. М.: «Машиностроение», 1978. 213 с.
30. Горынин И.В. Титан в машиностроении / Горынин И.В., Чечулин Б.Б. М.: Машиностроение, 1990. − 400 с.
31. Черновол М.И. Упрочнение и восстановление деталей машин композиционными покрытиями / Черновол М.И. К.: Высш. школа, 1992. 120 с.
32. Самсонов Г.В. Тугоплавкие покрытия / Самсонов Г.В., Эпик А.П. − М.: Металлургия, 1973. 400 с.
33. Зміцнення деталей машин зносо- та корозійностійким боридним покриттям: Навч. посібник / А.Д. Чигиринець, М.С. Тузов, О.Л. Голяк, М.П. Гребельник. К.: ІСДО, 1993. 116 с.
34. Верхотуров А.Д. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей / Верхотуров А.Д., Муха И.М. К.: Техніка, 1982. 181 с.
35. В.Д. Белик. Влияние длительности импульса и величины межэлектродного промежутка на процесс электроискрового напыления / В.Д. Белик, Р.В. Литвин, М.С. Ковальченко // Порошковая металургія. 2006. − №11/12. С. 99 106.
36. Рыбалко А.В. Электроискровое легирование титанового сплава ВТ3-1 карбидом вольфрама / Рыбалко А.В., Симинел А.В., Сахин О. // Металлообработка. 2005. − №6(30). С. 14 20.
37. Рыбалко А.В. Электроискровое легирование твердосплавным электродом в условиях применения нетрадиционных электрических параметров импульса / Рыбалко А.В., Сахин О. // Металлообработка. 2004. − №4. С. 16 22.
38. Верхотуров А.Д. Электроискровые покрытия из новых гетерофазных материалов / Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А., Столярова Н.С. и др. Владивосток, 1987. − 60 с. (Препр. / Институт горного дела ДВО АН СССР).
39. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений. Справ. изд./ Под редакцией Косолаповой Т.Я. М.: Металлургия, 1986. − 928 с.
40. Уманский А.П. Контактное взаимодействие тугоплавких соединений титана с металлическими расплавами и разработка износостойких композиционных материалов на их основе: Дис канд. техн. наук: 05.02.01 / Уманский Александр Павлович. К., 1986. 186 с.
41. Бор, его соединения и сплавы / Г.В.Самсонов, Л.Я. Марковский, А.Ф. Жигач, М.Г. Валяшко. К.: АН УССР, 1960. 590 с.
42. Евтушок Т.М. и др. Антифрикционные материалы на основе двойного борида титана-хрома // Порошковые тугоплавкие материалы и покрытия на их основе. К.: ИПМ, 1990. С. 61 - 66.
43. Очкас Л.Ф. Исследование уплотнения двойного диборида титана-хрома с медно-никелевой связкой при горячем прессовании / Очкас Л.Ф. // Спекание и горячее прессование материалов на основе тугоплавких соединений. К.: ИПМ, 1986. С. 9 − 15.
44. Антифрикционные материалы на основе двойного борида титана-хрома / Евтушок Т.М., Ковальченко А.М., Жунковский Г.Л. [та інш.] // Порошковые тугоплавкие материалы и покрытия на их основе: Сб. науч. тр. / АН УССР Ин-т проблем материаловедения им. И.Н.Францевича. Киев, 1990. 113 с.
45. Евтушок Т.М. Трибологические свойства композиционных материалов на основе тугоплавких соединений титана / Евтушок Т.М., Григорьев О.Н., Костенко А.Д., Жунковский Г.Л., Котенко В.А., Мазур П.В. // Порошковая металлургия. 2005. − №7/8. С. 58 − 64.
46. Самсонов Г.В. Взаимодействие двойного борида титана-хрома с жидкими сплавами / Самсонов Г.В., Панасюк А.Д., Козина Г.К., Боровикова М.С., Нетеса И.В., Зеленин В.И. // Износостойкие наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений: Сб. науч. трудов под ред. Г.В. Самсонова.
К.: Наук. думка, 1977. 131 с.
47. Самсонов Г.В. Влияние добавок молибдена на межфазное взаимодействие в системе «двойной борид титана и хрома никелевый сплав» / Самсонов Г.В., Панасюк А.Д., Козина Г.К., Зеленин В.И., Боровикова М.С., Прихно И.Г. // Адгезия металлов и сплавов. К.: Наук. Думка, 1977. С. 45 47.
48. Зеленин В.И. Взаимодействие элементов, составляющих композиционный сплав на основе (Ti,Cr)B2 при наплавке / Зеленин В.И., Козина Г.К. и др. // Труды І всесоюз. науч.-техн. конф. «Современные методы наплавки и наплавочные материалы». К.: Наук. думка, 1978. С. 81 − 82.
49. Козина Г.К. Наполнитель композиционного наплавного износостойкого материала на основе диборида титана-хрома / Г.К. Козина, И.Г. Прихно, И.Г. Дзыкович, С.А. Артемюк // Сверхтвердые материалы. 1996. № 3 (101). С. 14 21.
50. Козина Г.К. Механические свойства сплавов на основе двойного борида титана-хрома / Козина Г.К., Цыпин Н.В. // Бориды и материалы на их основе. − К.: ИПМ, 1986. С. 174 − 179.
51. Орешкин В.Д. Новые наплавочные сплавы на основе тугоплавких соединений / Орешкин В.Д., Светлополянский В.И., Данькин А.А. // Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавленный металл. К.: Наук. думка, 1977. С. 157 − 161.
52. Нечепуренко А.С. Структура композиционного материала на основе борида титана-хрома, полученого в режиме СВС / Нечепуренко А.С., Кнышев Э.А., Киселев В.А. // Бориды. К.: ИПМ, 1990. С. 149 − 151.
53. Жунковский Г.Л. Структура и некоторые свойства композиционных материалов на основе двойного борида титана-хрома / Мазур П.В., Евтушок Т.М. // Бориды. К.: ИПМ, 1990. С. 130 − 136.
54. Юречко Д.В. Физико-химическая модель формирования износостойких покрытий на аллюминиевых сплавах при электроискровом масоперенесенняе композиционной кераміки / Юречко Д.В., Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Григорьев О.Н. // Порошковая металлургия. 2006. №1/2. С. 51 58.
55. Подчерняева И.А. Электроискровое упрочнение титанового сплава ВТ3-1 безвольфрамовой композиционной керамикой / Подчерняева И.А., Панашенко В.М., Панасюк А.Д. и др. // Порошковая металлургия. 2007. №9/10. С. 36 44.
56. Подчерняева И.А. Износостойкие слоистые покрытия на основе ZrB2 / Подчерняева И.А., Григорьев О.Н., Субботин В.И. и др. // Порошковая металлургия. 2004. №7/8. С. 77 81.
57. Подчерняева И.А. Электроэрозионная стойкость и структурно-фазовые превращения при электроискровом и лазерном легировании титанового сплава композиционной керамикой на основе систем ZrB2ZrSi2 и TiNCr3C2 / Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Панашенко В.М. и др. // Порошковая металлургия. 2008. - №1/2. С. 151 160.
58. Тепленко М.А. Структура и износостойкость покрытий на титановом сплаве и сталях, полученных при электроискровом легировании материалов AlN−ZrB2 / Тепленко М.А., Подчерняева И.А. // Порошковая металлургия. 2002. − №3/4. С. 48 58.
59. Подчерняева И.А. Трибологические свойства тонкодисперсных покрытий при электроискровом легировании материалами системы Ti Al N / Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Тепленко М.А. и др. // Порошковая металлургия. 2002. − №11/12. С. 49 60.
60. Подчерняева И.А. Формирование, структура и свойства покрытий на основе TiB2 AlN, полученных электроискровым и лазерными методами / Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Каташинский В.П., Тепленко М.А. // Порошковая металлургия. 2000. - №11/12. С. 39 46.
61. Adamson A.W. The status of contact angle as thermodinamic property / Adamson A.W., Ling I. // Contact angle, wetability and adhesion. Advance in Chemistry Series. Washington: 1964. − №43. − p. 57 − 60.
62. Johnson R.E. I. Phys. Chem. 1959. 63, № 10 p.10 − 65.
63. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М.: Гостехиздат, 1977. 491 с.
64. Масленников С.Б. Применение микроренгеноспектрального анализа М.: Металлургия, 1968. 120с.
65. Голего Н.Л. Фреттинг−коррозия металлов / Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. К.: Техника, 1974. 272 с.
66. Шевеля В.В. Фреттинг−усталость металлов / Шевеля В.В., Калда И.В. Хмельницкий: Поділля, 1998. 299 с.
67. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытаний материалов на изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии: ГОСТ 23.211-80. М.: Изд-во стандартов, 1986. 55 с.
68. Сулима А.М. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов / Сулима А.М., Евстигнеев М.И. М.: Машиностроение, 1974. 255 с.
69. Духота О.І. Проблемні питання використання титанових сплавів у вузлах тертя авіаційної техніки / О.І. Духота, М.В. Кіндрачук, В.Ф. Лабунець // Проблеми тертя та зношування: Науково-технічний збірник. К.: НАУ, 2008. Вип.49. Т.1 С. 14 26
70. Горынин И.В. Титан в машиностроении / И.В. Горынин, Б.Б. Чечулин. − М.: Машиностроение, 1990. − 400 с.
71. Пульцин Н.М. Титановые сплавы и их применение в машиностроении. М. Л.: Машгиз, 1962. 168 с.
72. Бай А.С. Окисление титана и его сплавов / А.С. Бай, Д.И. Лайнер, Е.Н. Слесарева, М.И. Цыпин. М.: Металлургия, 1970. 320 с.
73. Войтович Р.Ф. Высокотемпературное окисление титана и его сплавов / Р.Ф. Войтович, Э.И. Головко Киев: Наук. думка, 1984. 256 с.
74. Лазарев В.Б. Химические и физические свойства простых оксидов металлов / В.Б. Лазарев, В.В. Соболев, И.М. Шаплыгин. М.: Наука, 1983. 239 с.
75. Чечулин Б.Б. Титановые сплавы в машиностроении / Б.Б. Чечулин, С.С. Ушков, И.Н. Разгуляева, В.Н. Гольдфайн. Л.: Машиностроение, 1977. 248 с.
76. Орешкин В.Д. Исследование взаимодействия двойного диборида титана, хрома с ферросплавами / Орешкин В.Д., Панасюк А.Д., Боровикова М.С. // сб. Износостойкие наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. К.: Наук. думка, 1977. С.33 − 39.
77. Уманский А.П. Контактное взаимодействие двойного диборида титана-хрома со сплавами Fe-Cr / Уманский А.П., Коновал В.П., Панасюк А.Д., Дворник Е.П. // Порошковая металлургия. - 2007. - №1/2. С.109 114.
78. James F. Shackelford, William Alexander. Materials science and engineering handbook. Third edition. CRC Press Boca Raton London New York Washington, D.C. 2001. 1928 p.
79. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. К.: Наук. думка, 1972. 196 с.
80. Самсонов Г.В. Взаимодействие двойного диборида титана и хрома с жидкими сплавами / Самсонов Г.В., Панасюк А.Д., Козина Г.К. и др. В кн.: Износостойкие наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. К.: Наук. думка, 1977. с. 39 − 42.
81. Самсонов Г.В. Исследование взаимодействия двойного борида титана и хрома при наплавке с медно-никелевыми сплавами / Самсонов Г.В., Дудко Д.А., Панасюк А.Д. и др. В кн.: Тр. Науч.-техн. Конф. «Современные методы наплавки и наплавочные материалы». Киев: АН УССР, Ин-т электросварки им. Е.О.Патона, 1975. с. 163 165.
82. Ниженко В.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов (одно и двухкомпонентные системы). Справочник / Ниженко В.И., Флока Л.И. М.: Металлургия, 1981. 208 с.
83. Уманський О.П. Наукові принципи вибору структурних складових і створення композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук титану і кремнію з підвищеною зносо- і корозійною стійкістю: автореф. дис. На здобуття наук. ступеня докт. техн. наук: спец. 05.02.01 «Матеріалознавство» / О.П. Уманський. Київ, 2003. 39 с.
84. Лавренко В.А. Высокотемпературное окисление композиционных материалов на основе диборида титана / В.А. Лавренко, С.С. Чупров, А.П. Уманский, Т.Г. Проценко, Е.С. Луговская. // Порошковая металлургия. К., 1987. № 9 (297). С. 84 86.
85. Бережной А.С. Многокомпонентные системы окислов. К.: Наук. думка, 1970. 542 с.
86. Жаропрочные сплавы. Симс Ч., Хагель В. Нью-Йорк Лондон Сидней Торонто, 1972. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1976. 568 с.
87. Panasyuk A.D., Lavrenko V.A. Development of Advanced AlN and Si3N4 Based Ceramics with metallic binder and Investigation of the Corrosion Properties / Corrosion of Advanced Ceramics Trans Tech. Publication. 1995. p. 59 64.
88. Абковиц С. и др. Титан в промышленности. Пер. с англ. М., Оборонгиз, 1957. 146 с.
89. Горынин И.В. Титан в машиностроении / И.В. Горынин, Б.Б. Чечулин. - М.: Машиностроение, 1990. - 400 с.

90. Пульцин Н.М. Титановые сплавы и их применение в машиностроении. М. Л.: Машгиз, 1962. 168 с.