Институт материаловедения Хабаровского НЦ ДВО РАН, Хабаровск, Россия

А. А. Бурков, старший научный сотрудник, эл. почта: burkovalex@mail.ru
М. А. Кулик, младший научный сотрудник

Институт тектоники и геофизики им. Ю. А. Косыгина ДВО РАН, Хабаровск, Россия
В. О. Крутикова, младший научный сотрудник

Ti – Si-покрытия были получены методом электроискровой обработки титанового сплава Ti6Al4V в смеси титановых гранул с порошком кристаллического кремния. Были приготовлены три смеси гранул с содержанием кремния 1,2; 2,3 и 3,8 % (мас.). Осаждение покрытий осуществляли в течение 10 мин импульсами с энергией 0,33 Дж и частотой 1 кГц. По данным рентгенофазового анализа установлено, что в составе всех покрытий наблюдается силицид титана Ti₅Si₃, который образовался в результате экзотермического взаимодействия расплавленного титана с кремнием в условиях воздействия многократных электрических разрядов. При использовании смеси гранул с содержанием кремния более 2,3 % (мас.) в составе покрытий преобладал силицид титана, что подтверждено данными микрорентгеноспектрального анализа. Толщина покрытия с наибольшим содержанием кремния достигала 50 мкм. В микроструктуре покрытия отмечены кристаллы силицида титана, окруженные титановыми прослойками. Металлография поперечного сечения покрытий показала отсутствие продольных трещин в покрытии и четкой границы между осажденным Ti – Si-слоем и подложкой. Твердость Ti – Si-покрытий возрастала с увеличением концентрации кремния в смеси гранул от 4,9 до 12 ГПа, что выше, чем у сплава Ti6Al4V, в 2–4,8 раза. Коэффициент трения покрытий находился в пределах 0,65–0,9. Испытания на износ в режиме сухого скольжения показали, что Ti – Si-покрытия имели скорость износа в пределах (2,1–26,9)·10^–6 мм³/(Н·м). Таким образом, они могут повысить износостойкость сплава Ti6Al4V до 23 раз. Скорость износа образцов при нагрузке 70 Н была выше, чем при 25 Н. Тестирование образцов с Ti – Si-покрытиями на стойкость к высокотемпературной газовой коррозии при температуре 900 ^oC в течение 56 ч показало, что технология электроискровой обработки в смеси гранул и порошка Si позволяет улучшить жаростойкость сплава Ti6Al4V до 18 раз.

1. Liu Y., Liu W., Ma Y., Liang C., Liu C., Zhang C., Cai Q. Microstructure and wear resistance of compositionally graded Ti – Al intermetallic coating on Ti6Al4V alloy fabricated by laser powder deposition // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 353. P. 32–40.
2. Jakobsen S. S., Lidén C., Søballe K., Johansen J. D., Menné T., Lundgren L., Bregnbak D., Møller P., Jellesen M. S., Thyssen J. P. Failure of total hip implants: Metals and metal release in 52 cases // Contact Dermatitis. 2014. Vol. 71. P. 319–325.
3. Dai J., Li S., Zhang H., Yu H., Chen C., Li Y. Microstructure and high-temperature oxidation resistance of Ti – Al – Nb coatings on a Ti – 6Al – 4V alloy fabricated by laser surface alloying // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 344. P. 479–488.
4. Łepicka M., Gradzka-Dahlke M. Surface modification of Ti6Al4V titanium alloy for biomedical applications and its effect on tribological performance — A review // Reviews on Advanced Materials Science. 2016. Vol. 46. P. 86–103.
5. Hao Y. J., Liu J. X., Li J. C., Li S. K., Zou Q. H., Chen X. W. Rapid preparation of TiC reinforced Ti6Al4V based composites by carburizing method through spark plasma sintering technique // Materials and Design. 2015. Vol. 65. P. 94–97.
6. Peretti V., Ferraris S., Gautier G., Hellmich C., Lahayne O., Stella B., Yamaguchi S., Spriano S. Surface treatments for boriding of Ti6Al4V alloy in view of applications as a biomaterial // Tribology International. 2018. Vol. 126. P. 21–28.
7. Liu X.-B., Wang H.-M. Microstructure, wear and hightemperature oxidation resistance of laser clad Ti₅Si₃/γ/TiSi composite coatings on γ-TiAl intermetallic alloy // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 200. P. 4462–4470.
8. Zhou Z.-Y., Liu X.-B., Zhuang S.-G., Wang M., Luo Y.-S., Tu R., Zhou S.-F. Laser in-situ synthesizing Ti₅Si₃/Al₃Ni₂ reinforced Al₃Ti/NiTi composite coatings: Microstructure, mechanical characteristics and oxidation behavior // Optics and Laser Technology. 2019. Vol. 109. P. 99–109.
9. Anand A., Das M., Kundu B., Balla V. K., Bodhak S., Gangadharan S. Plasma-Sprayed Ti6Al4V Alloy Composite Coatings Reinforced with In Situ Formed TiB – TiN // Journal of Thermal Spray Technology. 2017. Vol. 26. P. 2013–2019.
10. Kovâcik J., Baksa P., Emmer Š. Electro spark deposition of TiB₂ layers on Ti6Al4V alloy // Acta Metallurgica Slovaca. 2016. Vol. 22 (1). P. 52–59.
11. Николенко С. В., Сюй Н. А., Бурков А. А. Исследование микроструктуры и свойств покрытий на стали 45, нанесенных методом электроискрового осаждения электродами на основе TiC – Ni – Mo // Цветные металлы. 2017. № 4. С. 69–75.
12. Burkov A. A., Pyachin S. A. Formation of WC – Co coating by a novel technique of electrospark granules deposition // Materials and Design. 2015. Vol. 80. P. 109–115.
13. Burkov A. A., Chigrin P. G. Effect of tungsten, molybdenum, nickel and cobalt on the corrosion and wear performance of Fe-based metallic glass coatings // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 351. P. 68–77.
14. Кузьмичев Е. Н., Николенко С. В., Бабенко Э. Г. Электродные материалы с использованием минерального сырья для электрофизических методов обработки сталей и сплавов. — Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2018. — 255 с.
15. ASTM G99 – 04a. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus.
16. Бурков А. А., Пячин С. А., Власова Н. М., Астапов И. А., Кулик М. А. Улучшение антикоррозионных и триботехнических свойств сплава Ti6Al4V осаждением электроискровых Ti – Al – Si – C покрытий // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т. 20, № 3. С. 85–96.
17. Matsushita J.-I., Satsukawa T., Iwamoto N., Wang X., Yang J., Goto T., Sekino T., Wu X., Yin S., Sato T. Oxidation of Pentatitanium Trisilicide (Ti₅Si₃) Powder at High Tempera ture // Materials Science Forum. 2016. Vol. 868. P. 38–42.