Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия

А. А. Пономаренко, младший научный сотрудник, эл. почта: naglec301188@mail.ru

Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия¹; Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия²

С. А. Красиков, главный научный сотрудник¹, профессор кафедры химии², докт. техн. наук, эл. почта: sankr@mail.ru

Представлены результаты исследования особенностей фазообразования в защитных покрытиях, полученных методом плазменного напыления. Предварительно проведен синтез четырехкомпонентного сплава Al – Ti – Ni – Mo с использованием совместного алюминотермического восстановления оксидов титана, никеля и молибдена в присутствии фторида и оксида кальция. При добавлении избытка восстановителя извлечение никеля и молибдена в сплав составило более 90 %, а титана — 70 %. Образованный сплав исследовали методами рентгенофазового (РФА) и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Выявлено, что при алюминотермическом взаимодействии образуется тройной интерметаллид Al6MoTi, Al3Ti и Al3Ni2, что согласуется с данными РСМА. Полученный сплав подвергли измельчению до фракций 40–60 мкм на вибрационном измельчителе для дальнейшего нанесения на подложку из стали 45 методом плазменного напыления. Эксперимент был проведен на плазмотроне 15ВБ-02 («Киев-7») в атмосфере воздуха и воздух/метан. Вследствие высокой температуры плазменной струи частицы порошка сплава Al – Ti – Ni – Mo быстро нагревались до температуры плавления, а за счет высокой скорости они не успевали сгореть в потоке газа. Напыление представляло равномерный слой с небольшой шероховатостью, толщиной 120–130 мкм. Исследование фазообразования покрытия выявило интерметаллиды Al₃Ti и Al₃Ni₂. Соединение Al6MoTi распадается на более устойчивые Al3Mo и (Ni₂₃Ti₂)0,16. Обнаружено, что молибден образует подслой за счет своей массы. Вследствие этого повышаются прочностные и адгезионные свойства покрытия. Полученный сплав имеет перспективу применения в авиа- и космической промышленности за счет высокой жаропрочности, а также антикоррозионных свойств.

Работа выполнена по Государственному заданию ИМЕТ УрО РАН (№ госрегистрации темы: 122020100404-2).
Статья рекомендована к публикации Оргкомитетом международного симпозиума «Нанофизика и наноматериалы».

1. Борисов Ю. С., Харламов Ю. А., Сидоренко С. Л., Ардатовская Е. Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник. — Киев : Наукова думка, 1987. — 543 с.
2. Корнилов И. И. Никель и его сплавы. — М. : Изд-во Акад. наук СССР, 1958. — 339 с.
3. Liu Y., Liu W., Ma Y. et al. 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.
4. Багрец Д. А., Рубаник В. В., Рубаник В. В. мл. Защитно-декоративные TiN покрытия на изделиях медицинского назначения из нержавеющей стали и никелида титана // Современные методы и технологии создания и обработки материалов. 2020. Т. 2. С. 24–31.
5. Мурач Н. Н., Лисиенко В. Т. Алюминотермия титана. — М. : ЦНИИцветмет, 1958. — 52 с.
6. Лякишев Н. П., Плинер Ю. Л., Игнатенко Г. Ф., Лаппо С. И. Алюминотермия. — М. : Металлургия, 1978. — 424 с.
7. Pleskunov I. V., Syrkov A. G. Development of research of lowdimension metal-containing systems from P.P. Weimarn to our days // Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 231. P. 287–291.
8. New Materials. Preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology / ed. A. Syrkov, K. Levine. — N. Y. : Nova Science Publishers, Inc. 2020. — 264 p.
9. Atkinson H. V. A review of the role of short-circuit diffusion in the oxidation of nickel, chromium, and nickel-chromium alloys // Oxidation of Metals. 1985. Vol. 3, No. 24. P. 177–197.
10. Dong X. Y., Luo X. T., Zhang S. L. et al. A novel strategy for depositing dense self-fluxing alloy coatings with sufficiently bonded splats by one-step atmospheric plasma spraying // J. Therm. Spray Tech. 2020. No. 29. P. 173–184. DOI: 10.1007/s11666-019-00943-4
11. Меретуков М. А., Цепин М. А., Воробьев С. А., Сырков А. Г. Кластеры, структуры и материалы наноразмера: инновационные и технические перспективы. — М. : Руда и Металлы, 2005. — 128 с.
12. Troncy R., Bonnet G., Pedraza F. Synthesis of self-regenerating NiAl – Al₂O₃ composite coatings // Materials Chemistry and Physics. 2022. Vol. 279. P. 125.
13. Ситников И. В., Максимов Д. А., Батраков В. Н. Боронников Ю. А. Разработка жаростойкого покрытия для деталей газотурбинных двигателей и газотурбинных установок // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2022. № 68. С. 5–10.
14. Красиков С. А., Надольский А. Л., Пономаренко А. А., Ситникова О. А., Жидовинова С. В. Металлотермическое получение сплавов титан – алюминий в контролируемых температурных условиях // Цветные металлы. 2012. № 6. С. 68–71.
15. Syrkov A. G., Prokopchuk N. R. Dispersed iron obtaining by the method of solid state hydride synthesis and the problem of hydrophobicity of metal // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 21. P. 16–22.
16. Прокопчук Н. Р., Глоба А. И., Лаптик И. О., Сырков А. Г. Улучшение свойств покрытий по металлу наноалмазными частицами // Цветные металлы. 2021. № 6. С. 50–54.

17. Томаев В. В., Левин К. Л., Стоянова Т. В., Сырков А. Г. Синтез и исследование нанокомпозитной пленки полипиррол–оксид алюминия на поверхности алюминия // Физика и химия стекла. 2019. Т. 45, № 4. С. 378–388.
18. Красиков С. А., Ильиных С. А., Ситникова О. А., Пономаренко А. А. Металлотермическое получение сплавов алюминий-титан-никель для технологии плазменных покрытий // Перспективные материалы. 2011. № S13. С. 448–452.
19. Mrdak M. R. Mechanical properties and metallographic analysis of plasma spray APS – Ni5,5wt.%Al5wt.%Mo coatings // Military Technical Courier. 2019. Vol. 67, Iss. 3. P. 573–587.
20. Syrkov A. G., Silivanov M. O., Sychev M. M., Rozhkova N. N. Alteration of the acid-base properties of the oxidized surface of disperse aluminum during the adsorption of ammonium compounds and the antifriction effect // Glass Physics and Chemistry. 2018. Vol. 44, Iss. 5. P. 474–479.
21. Сырков А. Г., Кущенко А. Н., Силиванов М. О., Тарабан В. В. Наноструктурное регулирование гидрофобности и поверхностных свойств никеля и железа методами твердотельного восстановления и модифицирования // Цветные металлы. 2022. № 5. P. 54–59.
22. Прокопчук Н. Р., Сырков А. Г., Клюев А. Ю., Лаптик И. О. Модификация наноалмазными частицами модельного состава для точного литья металлических изделий по выплавляемым моделям // Цветные металлы. 2022. № 6. С. 59–63.
23. Slobodov A. A., Syrkov A. G., Yachmenova L. A. et al. Effect of temperature on solid-state hydride metal synthesis according to thermodynamic modeling // Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239. P. 550–555.
24. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. — Справочник. Т. 3, кн. 2 / под общ. ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 2000. — 448 с.
25. Попель С. И. Поверхностные явления в расплавах. — М. : Металлургия, 1994. — 440 с.
26. Krasikov S. A., Zhilina E. M., Pichkaleva O. A., Ponomarenko A. A. et al. Effect of the intermetallic compound composition of the character of interphase interactions during alumino thermic coreduction of titanium, nickel, and molybdenum from their oxides // Russian Metallurgy (Metally). 2016. P. 771–775.
27. Пат. 2485194 РФ. МПК C22C1/02. Способ получения титаноалюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала / Красиков С. А., Надольский А. Л., Ситникова О. А., Пономаренко А. А. ; опубл. 20.06.2013, Бюл. № 17.
28. Красиков С. А., Жилина Е. М., Пичкалева О. А., Пономаренко А. А. и др. Влияние состава интерметаллических соединений на характер межфазных взаимодействий при совместном алюминотермическом восстановлении титана, никеля и молибдена из оксидов // Расплавы. 2016. № 4. С. 345–352.
29. Удоева Л. Ю., Чумарев В. М., Ларионов А. В., Рылов А. Н. и др. Моделирование алюминотермической выплавки сплавов Mo – Ti – Al и Mo – Ti – V – Cr – Al // Расплавы. 2013. № 2. С. 12–19.
30. Бурков А. А., Пячин С. А., Крутикова В. О. Формирование интерметаллидных покрытий электроискровым осаждением из гранул алюминия и титана // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15, № 10. С. 451–455.
31. Dai J., Li S., Zhang H., Yu H. et al. Microstructure and hightemperature 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.
32. Хансен М., Адерко К. Структуры двойных сплавов. Т. 1. — М. : Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветой металлургии, 1962. — 608 с.
33. Мурашова И. В., Поболь И. Л. Структура и свойства покрытия системы Ti – Al – Ni, нанесенного на стальную основу с использованием электронно-лучевого нагрева // Литье и металлургия. 2011. № 1. С. 162–165.