Исследование композиционных порошков «силицид титана — титан» и покрытий, полученных с их применением

Технология получения металлических порошков использовалась
людьми еще в древние времена. Во времена бронзового века люди научились
получать и использовать для получения изделий порошки золота и меди, а
также применять горячую ковку порошковой массы. Этот опыт был
использован около 5 тыс. лет назад для изготовления орудий труда и
вооружения. В 20-м веке растущие потребности в таких изделиях, как
тугоплавкие нити накаливания, меднографитовые токосъемные щетки и т.д.,
возродили интерес к порошковой металлургии, позволяющей получать
материалы и изделия, которые невозможно получить по технологиям
традиционной металлургии, основанной на литье. Продукция современной
порошковой металлургии включает материалы со специфическими
свойствами и с широкой областью применения (дисперсно- упрочненные,
фрикционные, антифрикционные, износостойкие, высокопористые и др.).
Большинство из вышеперечисленных материалов имеет сложный фазовый
состав и структуру и относится к классу композиционных материалов.
Композиционные материалы получили широкое применение в
различных областях промышленности благодаря возможности управления
физическими и химическими свойствами на всех этапах производства
изделий. Металломатричные композиты и покрытия на их основе, состоящие
из твердых соединений (TiC, TiB, WC или Ti5Si3) скрепленных относительно
мягкой и вязкой металлической связкой (Ti, Fe, Co, Ni), обладают высокими
параметрами твердости, износостойкости и коррозионностойкости,
необходимыми для работы в условиях агрессивных сред и интенсивных
абразивных нагрузок, которые могут наблюдаться при высокоскоростной
металлообработке, при эксплуатации деталей машин аграрной, горной и
нефтегазовой отраслей [1-3].
На сегодняшний день композиционные порошковые материалы всё
чаще используются в промышленности, приходя на замену дорогим сплавам,
поскольку, при значительно более низкой цене, материалы на основе
композиционных порошков обладают уникальным сочетанием твердости,
прочности, пластичности и износостойкости при абразивном износе и в
контактных парах.
Одно из применений порошковых материалов, актуальное на
сегодняшний день — аддитивные технологии. Основу существующих на
сегодняшний день порошков для аддитивных технологий составляют
порошки чистых металлов и простых сплавов, а порошков, позволяющих
«печатать» композиционные изделия катастрофически мало [4].
Целью настоящей работы было получить и исследовать
композиционные порошки системы «Ti5Si3 + Ti» с различным содержанием
титановой связки, а также покрытий полученных электронно-лучевой
наплавкой на их основе. Объемные материалы этой системы характеризуются
более высокими значениями механических и теплофизических свойств по
сравнению с чистым титаном, обладают стойкостью к окислению при высоких
температурах, благодаря чему применяются в качестве защитных покрытий
нагревательных элементов и теплоотводов.
В работе были поставлены следующие задачи:
• Отработка технологии получения композиционных порошков Ti5Si3 + Ti
методом СВС (самораспространяющийся высокотемпературный
синтез);
• Исследование характеристик синтезированных порошков Ti5Si3 + Ti
(морфология и средний размер силицидных включений, микроструктура
и фазовый состав, внутри частичная пористость и т.п.);
• Анализ спекаемости синтезированных порошков Ti5Si3 + Ti с
максимальным содержанием титановой связки (степень уплотнения,
изменение микроструктуры и остаточной пористости после спекания);
• Получение покрытий из полученных порошков Ti5Si3 + Ti с помощью
электронно-лучевой наплавки и исследование их свойств (структура,
износ, микротвердость и т.п.).