Исследование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на основе композиционных порошков TiB+Ti

A.  Мырзахан; Е.  Коростелева; Г.  Смаилова; А.  Удербаева

doi:10.51301/ejsu.2025.i1.03

Авторы

A. Мырзахан Satbayev University, Казахстан
Е. Коростелева Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия
Г. Смаилова Satbayev University, Казахстан
А. Удербаева Satbayev University, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i1.03

Ключевые слова:

композиционный порошок, борид титана, титан, электронно-лучевые покрытия, порошковая наплавка, самораспро-страняющийся высокотемпературный синтез

Аннотация

В данной статье рассматриваются современные методы повышения износостойкости и надежности деталей машин с использованием композиционных материалов, особенно в области порошковой наплавки и синтеза металломатричных композитов. Одним из эффективных способов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), который позволяет получать композиционные покрытия с улучшенными механическими и термическими свойствами. Методы порошковой наплавки, такие как электронно-лучевая наплавка (ЭЛН), обеспечивают создание износостойких, жаропрочных и упрочняющих покрытий на титановом основании. Порошки титана и его сплавов получают методом восстановления оксидов гидридом кальция, что способствует формированию материалов с высокой прочностью и хорошей сыпучестью. Особое внимание уделяется бориду титана как упрочняющей фазе для композитов. Использование данных технологий способствует значительному увеличению долговечности и надежности машин и механизмов, что приводит к экономии ресурсов и снижению эксплуатационных затрат. Проведенные исследования включают анализ структурных характеристик полученных порошков и покрытий, а также определение их физических и механических свойств. Рассматриваются изменения этих свойств в зависимости от объемного содержания титановой связки в композиционном порошке. Описание микроструктуры порошков и покрытия, а также влияние состава на их характеристики, позволяет сделать выводы о возможности применения данных материалов для создания функциональных покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками, таких как повышенная износостойкость и термостойкость. Результаты исследования могут быть полезны для разработки новых материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами для использования в различных отраслях промышленности.

Библиографические ссылки

Korosteleva, E.N. & Korzhova, V.V. (2020). Structure and phase composition of metal-matrix composites (TiB) – Ti ob-tained by SHS and vacuum sintering. Russian Physics Journal, (63), 1195-1201. https://doi.org/10.1007/s11182-020-02159-4

Liang, Y.H., Wang, H.Y., Yang, Y.F., Zhao, R.Y. & Jiang, Q.C. (2008). Effect of Cu content on the reaction behaviors of self-propagating high-temperature synthesis in Cu–Ti–B₄C sys-tem. Journal of Alloys and Compounds, 462(1–2), 113-118. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.08.033

Zhang, L., Wang, H.Y., Li, S.T., Liu, C. & Jiang, Q.C. (2009). Influence of reactant particle size on products of self-propagating high-temperature synthesis in 30 wt.% Cr–Ti–B₄C system. Journal of Alloys and Compounds, 468(1–2), 143-149. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.01.007

Levashov, E.A., Mukasyan, A.S., Rogachev, A.S. & Shtansky, D.V. (2016). Self-propagating high-temperature synthesis of modern materials and coatings. International Materials Reviews, 62(4), 203–239. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1243291

Sahay, S.S., Ravi Chandran, K.S. & Atri, R. (1999). Evolution of microstructure and phases in situ processed Ti–TiB compo-sites containing high volume fractions of TiB whiskers. Journal of Materials Research, (14), 4214–4223.

Panin, V.E., Belyuk, S.I., Durakov, V.G., Pribytkov, G.A. & Rempe, N.G. (2000). Electron beam surfacing in vacuum: equipment, technology, and coating properties. Welding Produc-tion, (2), 34–38. https://doi.org/10.1080/09507110009549234

Panin, V.E., Durakov, V.G., Pribytkov, G.A., Polev, I.V. & Belyuk, S.I. (1998). Electron beam surfacing of powder carbide steels. Physics and Chemistry of Material Processing, (6), 53–59

Chandran, K.S.R., Panda, K.B. & Sahay, S.S. (2004). TiBw-reinforced Ti composites: Processing, properties, application prospects, and research needs. JOM, (56), 42–48. https://doi.org/10.1007/s11837-004-0127-1

Saito, T. (2004). The automotive application of discontinuously reinforced TiB–Ti composites. JOM, (56), 33–36. https://doi.org/10.1007/s11837-004-0125-3

Huang, L.J., Geng, L., Peng, H.X. & Zhang, J. (2011). Room temperature tensile fracture characteristics of in situ TiBw/Ti6Al4V composites with a quasi-continuous network ar-chitecture. Scripta Materialia, 64(9), 844–847. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.01.011

Novikov, N.P., Borovinskaya, I.P. & Merzhanov, A.G. (1974). Dependence of the composition of products and combustion speed in metal-boron systems on the ratio of reactants. Combus-tion and Explosion Physics, 10(2), 201–206 https://doi.org/10.1007/BF01464173

Azatyan, T.S. & Maltsev, V.M. (1980). On the mechanism of combustion wave propagation in titanium-boron mixtures. Com-bustion and Explosion Physics, 16(2), 37–42. https://doi.org/10.1007/BF00740195

Attar, H., Lober, L., Funk, A., et al. (2015). Mechanical behav-ior of porous commercially pure Ti and Ti-TiB composite mate-rials manufactured by selective laser melting. Materials Science & Engineering A, (625), 350-356. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.12.036

Moissan, A. (1895). Comptes Rendus, 70, 290. Crochard (Pa-rís)

Moissan, A. (1896). Préparation et propriétés du titane. Annales de Chimie et de Physique, (7), 229

Wedekind, E. (1913). Synthese von Boriden im elektrischen Vakuumofen. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, (46), 1198. https://doi.org/10.1002/cber.191304601155

Kusakina, Ju., Levashov, E., Livanov, D. & Karabasov, Ju. (2002). New Materials. MISiS, Moscow