Kształtowanie właściwości stopów tytanu przez wytworzenie warstw dyfuzyjnych typu Al2O3 + fazy międzymetaliczne z układu Ti-Al

• Autorzy: Ossowski M. , Morgiel J. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Modifying the properties of titanium alloys by producing diffusion Al203+Ti-Al intermetallic phase layers on their surface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy tytanu z uwagi na swoje właściwości, takie jak: mała gęstość, wysoka odporność korozyjna, wysoka wytrzymałość właściwa, znajdują coraz szer-sze zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, energetycznym, a także okrętownictwie. Zakres zastosowania tytanu i jego stopów jest jed-nak w dużej mierze ograniczony niską odpornością na zużycie przez tarcie oraz utlenianie i nawodorowanie w temperaturze >600°C. Stosując metody inżynierii powierzchni możliwe jest wyeliminowanie tych ograniczeń przez wytworzenie warstw powierzchniowych na bazie faz międzymetalicznych Ti Al, które zapewniają wzrost twardości, odporności na zużycie przez tar-cie oraz ochronę przed korozją wysokotemperaturową obrabianych stopów tytanu. W celu optymalizacji właściwości tych warstw, tj. zwiększenia sta-bilności termicznej i wytworzenia szczelnej powierzchniowej strefy tlenko-wej, zastosowano domieszkowanie powłoki aluminiowej krzemem. W artykule przedstawiono metodę hybrydową łączącą procesy magnetro-nowego rozpylania i utleniania jarzeniowego oraz wpływ domieszkowania krzemem powłoki aluminiowej wytwarzanej metodą rozpylania magnetro-nowego na strukturę, skład fazowy wielofazowych warstw dyfuzyjnych typu A12O3 + TixAl. Przedstawiono również wyniki badań struktury, składu fa-zowego i chemicznego, morfologii powierzchni oraz odporności korozyjnej i na zużycie przez tarcie.

EN

Because of their advantageous properties such as Iow density, good corrosion resistance and high mechanical strength, titanium alloys have been increas-ingly used in the aircraft, automobile, power generation, and shipbuilding in-dustries. The application rangę ofthese materials is however greatly limited by their poor resistance to frictional wear and the liability to oxidation and hydrogenation at temperaturę above 600°C. These drawbacks can be obviat-ed by using surface engineering techniąues which produce surface layers based on the Ti Al intermetallic phases. The layers improve the hardness and frictional wear resistance of titanium alloys and protect them against high-temperaturę corrosion. In order to optimize the properties of the layers, i.e. to increase their thermal stability and ensure the tightness of their surface oxide zonę, the aluminum coating was doped with silicon. The paper describes a hybrid method which combines the processes of magnetron sputtering and glow discharge assisted oxidizing, and analyzes how the silicon added to the aluminum coating produced by the magnetron sputtering affects the structure and phase composition of the diffusion multi-phase A12O3 + Ti Al layers. The layers were examined for their structure, phase composition, chemical composition, surface morphology, and resist-ance to corrosion and frictional wear, and the examination results are dis-cussed in the paper.

Słowa kluczowe

PL

metoda hybrydowa; proces magnetronowego rozpylania; utlenianie jarzeniowe; warstwy dyfuzyjne typu Al2O3 + TixAly

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 6
• Strony: 482--486
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ossowski M.

autor

Morgiel J.

autor

Wierzchoń T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Lutering G., Williams J. G.: Titanium. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2003).
• [2] Schauerte O.: Titanium in Automotive Production. Advanced Engineering Materials 5, 6 (2003) 411-418.
• [3] Gorynin I. V.: Titanium alloys for marine application. Materials Science and Engineering A263 (1999) 112-116.
• [4] Tetsui T.: Gamma Ti aluminides for non areospace applications. Current Opinion in Solid State and Materials Science 4 (1999) 243-248.
• [5] Loria E. A.: Gamma titanium aluminides as prospective structural materials. Intermetallics 8 (2000) 1339-1345.
• [6] Stauhoff G.: Intermetallics. VCH, Verlagsqesellschaft mGH, Weinheim (1995).
• [7] Krol S.: Mechanizmy i kinetyka utleniania tytanu oraz wybranych stopow tytanu. Studia i Monografie, Wyzsza Szkola Inzynierska w Opolu, Opole (1994).
• [8] Taniguchi S., Shibata T: Influence of additional elements on the oxidation behaviour of TiAl. Intermetallics 4 (1996) 85-93.
• [9] Vojtech D., Cizova H., Jurek K., Maixner J.: Influence of silicon on hightemperature cyclic oxidation behaviour of titanium. J. of Alloys and Compounds 394 (2005) 240-249.
• [10] Liu Z., Wang G.: Improvement of oxidation resistance of y-TiAl at 800 and 900°C in air by TiAl, coatings. Mat. Sci. Eng. A 397 (2005) 50-57.
• [11] Swadzba L., Maciejny A., Mendala B., Moskal G., Jarczyk G.: Structure and resistance of an Al-Si diffusion coating deposited by Arc-PVD on a TiAlCrNb alloy. Surf, and Coat. Tech. 165 (2003) 273-280.
• [12] Gong U. S., Xu H., Yu Q., Zhou Ch.: Oxidation behavior of TiAl-TiAl/SiC gradient coatings on gamma titanium aluminides. Surface and Coatings Technology 130 (2000) 128-132.
• [13] Wierzchon T., Garbacz H., Ossowski M.: Structure and Properties of Ti-Al Intermetallic Layers Produced on Titanium Alloys by a Duplex Treatment, Mat. Sci. Forum. 475-479 (2005).
• [14] Xiong Hua-Ping, Mao Wei, Ma Wen-Li, Xie Yong-Hui, Chen Yun-Feng, Yuan Hong, Li Xiao-Hong: Liquid-phase aluminizing and siliconizing at the surface of a Ti60 alloy and improvement in oxidation resistance. Mat. Sci. Eng. A433 (2006) 108-113.
• [15] Polska Norma PN-83 H-04302: Proba tarcia w układzie ,,3 wałeczki + stożek".
• [16] Xu L., Cui Y. Y, Hao Y. L., Yang R.: Growth of intermetallic layer in multi-laminated Ti/Al diffusion couples. Materials Science & Engineering A 435-436 (5) (2006) 638-647.
• [17] Ossowski M., Rakowski W., Zimowski S., Wierzchon T.: Frictional wear resistance of the composite layers based on intermetallic phases on the {Ti-Al} system produced on the two phase Ti6A12Cr2Mo titanium alloy. Advances in Materials Science 7 (3) (2007) 86-93.