Исследование свойств покрытий, формируемых из наноструктурированных композиционных порошков системы Ti/TiO₂ микроплазменным напылением

С ростом скоростей работы и контактных нагрузок конструкционных элементов необходимо увеличение эксплуатационного ресурса узлов трения, которое можно обеспечить улучшением физико-механических свойств контактных поверхностей. В работе представлены результаты исследований свойств покрытий, формируемых из наноструктурированных композиционных порошков системы Ti/TiO₂ микроплазменным напылением. Приведены экспериментальные данные по синтезу наноструктурированных порошков на основе титановой матрицы, армированных нанопорошками диоксида титана. В качестве исходных материалов использовали порошок титана марки ПТОМ-1 фракцией менее 90 мкм и наноразмерный порошок диоксида титана фракцией 80 – 200 нм. Смеси исходных материалов c вариативным содержанием TiO₂ подвергали предварительной гомогенизации и последующему механосинтезу. При исследовании морфологии синтезированных порошков выявлено, что форма частиц наследуется от матричного порошка, а с повышением содержания армирующего компонента поверхность композиционного порошка более плотно армируется частицами нанопорошка TiO₂. Определение фракционного состава показало, что максимальная объемная доля частиц (62,5 % масс.) соответствует размеру 10 – 40 мкм. С помощью растровой электронной микроскопии поперечных микрошлифов установлено, что сквозные поры отсутствуют во всех покрытиях. При увеличении содержания диоксида титана до 24 % существенно возрастает пористость, а также присутствует отслоение материала покрытия от подложки. Исследование микротвердости напыленных покрытий показало, что наиболее твердое покрытие (в среднем 985 HV) было получено при напылении синтезированного порошка с содержанием диоксида титана 16 % масс. Полученные результаты могут быть использованы для продления ресурса, например, шаровых кранов из титановых сплавов, используемых в автоклавах для горнодобывающей промышленности.

1. Илларионов А. Г., Попов А. А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие. — Екатеринбург: Уральский университет, 2014. — 137 с.

2. Шнеерсон Я. М., Лапин А. Ю., Болобов В. И. Щелевая коррозия титана в продуктах высокотемпературного выщелачивания золотосодержащего сульфидного сырья / Цветные металлы. 2017. № 2. С. 81 – 85.

3. Савенок О. В., Горпинченко А. Н. Особенности эксплуатации нефтяных и газовых скважин в условиях высокой коррозионной агрессии / Наука. Техника. Технологии. 2022. № 2. С. 155 – 170.

4. Францкевич В. С., Поспелов А. В., Романовский В. И. и др. Исследование коррозии трубок теплообменного аппарата / Горная механика и машиностроение. 2022. № 3. С. 102 – 109.

5. Лукина Е. А. Коллеров М. Ю., Гусев Д. Е. Исследование влияния структуры сплавов на основе никелида титана на коррозионную стойкость в биологической среде / Металлург. 2023. № 11. С. 54 – 65. DOI: 10.52351/00260827_2023_11_54

6. Гусев Б. А., Ефимов А. А., Мартынов В. В. и др. Ускоренные коррозионные испытания контактирующей пары аустенитная нержавеющая сталь — титановый сплав / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 5. С. 40 – 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-5-40-45

7. Кашапов О. С., Решетило Л. П., Наприенко С. А. и др. Влияние окисления на механические свойства и состояние поверхности жаропрочного титанового сплава ВТ41 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 2(I). С. 63 – 75. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-63-75

8. Бобкова Т. И., Сердюк Н. А., Гошкодеря М. Е., Мухаметдзянова Л. В. Исследование процессов синтеза и режимов микроплазменного напыления металлокерамического композиционного порошка системы Ti – TiO2 – TiH2 для функциональных покрытий / Успехи в химии и химической технологии. — М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2024. — 133 с.

9. Лукутцова Н. П., Постникова О. А., Пыкин А. А. и др. Эффективность применения нанодисперсного диоксида титана в фотокатализе / Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2015. № 3. С. 54 – 57.

10. Ильина Т. Ю. Возможности применения диоксида титана в очистке окружающей среды. — Кемерово: КГТУ им. Т. Ф. Горбачева, 2015. — 290 с.

11. Сыпченко В. С., Никитенков Н. Н., Поздеева Э. В. и др. Исследование состава и структуры покрытий на основе диоксида титана, осажденных методом реактивного магнетронного распыления / Письма о материалах. 2017. № 7(2). С. 117 – 119. DOI: 10.22226/2410-3535-2017-2-117-119

12. Li Y., Woo Y., Sekar M., et al. Effect of Nano-Titanium Dioxide Contained in Titania-Polyurea Coating on Marina Biofouling and Drag Reduction / Journal of Biomedical Nanotechnology. 2020. Vol. 16. P. 1530 – 1541. DOI: 10.1166/jbn.2020.2980

13. Исагулов А. З., Квон С. С., Куликов В. Ю. Повышение износостойкости элементов горно-обогатительного оборудования / Черная металлургия. 2020. № 6. С. 609 – 613. DOI: 10.32339/0135-5910-2020-6-609-613

14. Ковалёк Н. С. Повышение износостойкости защитных покрытий запорной арматуры для АЭС и магистрального трубопроводного транспорта / VII междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные направления научных исследований: от теории к практике»: сб. мат. — Чебоксары: Интерактив плюс, 2016. С. 197 – 198.

15. Лысенко В. И. Керамика из нанопорошка диоксида титана: создание методом SPS и свойства / Наноиндустрия. 2019. Т. 12. № 5(91). С. 246 – 249. DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.5.246.249

16. Gevorkyan E., Rucki M., Kagramanyan A., et al. Composite material for instrumental applications based on micro powder Al2O3 with additives nano-powder SiC / International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2019. No. 82. P. 336 – 339. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.05.010

17. Ковалев А. А., Краско А. С. Влияние параметров газотермического напыления на прочность сцепления функциональных стойких покрытий / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 3. С. 31 – 39. DOI: 10.31857/S0235711921030081

18. Кравченко И. Н., Карелина М. Ю., Зубрилина Е. М. и др. Ресурсосберегающие технологии получения функциональных наноструктурированных покрытий высокоскоростными методами нанесения / Вестник ДГТУ. 2015. № 3(82). С. 19 – 27.

19. Borisov Yu., Kislitsa A., Voynarovich S. Microplasma wire spraying / Proc. of the Intern. thermal spray conf. and exposition ITSC 2004 «Thermal Spray Solutions Advances in Technology and Application». — Osaka, 2004. P. 657 – 662.

20. Бобкова Т. И., Гошкодеря М. Е., Сердюк Н. А. и др. Исследование зависимости свойств титановых покрытий от технологических режимов напыления на микроплазменной установке УГНП-7/225054 / Вопросы материаловедения. 2023. № 2(114). С. 80 – 86. DOI: 10.22349/1994-6716-2023-114-2-80-86

21. Bobkova T. I., Goshkoderya V. E., Savich V. V. Features of Creating Functional and Functionally Gradient Coatings with a Unique Set of Properties from Composite Powders with Titanium Matrix / Mettallurgist. 2023. No. 66(11 – 12). P. 1430 – 1435. DOI: 10.1007/s11015-023-01457-9