Registration Number
0525U000527, Doctoral dissertation
Status
Доктор технічних наук
Date
24-11-2025
popup.evolution
.
Title
Physico-chemical principles of choosing structural components of composite materials based on NiAl / NiTi - MeB2 systems with increased wear and corrosion resistance
Author
Olenа M. Poliarus, Кандидат технічних наук
popup.advisor Oleksandr P. Umanskyi
popup.opponent Tetiana A. Roik
popup.opponent Oksana Mikosyanchyk
popup.opponent Olena V. Suhova
popup.review Olga І. Hetman
popup.review Oleksandr K. Radchenko
popup.rada
Frantsevich Institute for Problems of Materials Science National Academy of Science of Ukraine
Description
Робота присвячена вирішенню науково-технічної проблеми підвищення зносо- та корозійної стійкості газотермічних покриттів в умовах тертя-ковзання без мастила в широкому діапазоні температур
(20-800℃) та агресивної дії водних середовищ шляхом розробки нових композиційних матеріалів на основі інтерметалідів NiAl та NiTi з добавками тугоплавких сполук з керованим структурно-фазовим складом та комплексом експлуатаційних властивостей.
Розроблено технологічні параметри отримання композиційних порошкових матеріалів NiAl-МеB2 за різними технологіями для нанесення газотермічних покриттів та встановлено, що методи спікання у вакуумі та гарячого пресування є найбільш перспективними в порівнянні з конгломеруванням на органічній зв’язці завдяки тому, що дозволяють отримати необхідну кількість тугоплавких включень у покритті, запобігаючи сегрегації частинок в процесі напилення.
Дослідження механізмів високотемпературного окиснення розроблених композитів систем NiAl-Ti(Cr, Zr)B2 дозволили встановити, що всі матеріали окиснюються селективно. При цьому товщина оксидів на включеннях боридних зерен у 3-7 разів перевищує товщину оксидної плівки на матриці в залежності від складу матеріалу. Таке селективне окиснення композитів суттєво впливає на зносостійкість розроблених матеріалів при високотемпературних трибовипробуваннях, адже утворені оксиди виконують роль твердого мастила.
Дослідження “Scratch tests” вихідного інтерметаліду та розроблених композитів системи NiAl-МеB2, що моделюють процеси абразивного зношування, показали, що, завдяки дисперсному зміцненню боридами інтерметаліду, при дряпанні не відбувається руйнування попередньо сформованої оксидної плівки, як на боридних зернах, так і на матриці NiAl. На відміну від цього, для вихідного NiAl характерним є відшарування сформованого на поверхні оксиду алюмінію в процесі випробувань.
Проведені дослідження розроблених композиційних матеріалів на основі інтерметаліду NiAl на термоерозійну стійкість дозволили встановити, що наявність боридних зерен перешкоджає введенню абразиву в матеріал при їх зіткненні з поверхнею композиту, при цьому величина зносу розроблених матеріалів у 1,5-2 раза менша в порівнянні зі зразками зі сталі 12Х18Н10Т та ливарним жароміцним нікелевим сплавом ЖС 26.
За результатами комплексних триботехнічних випробувань встановлено механізм зношування розроблених композиційних газотермічних покриттів, який полягає в тому, що добавки діборидів титану, хрому і цирконію в інтерметалід NiAl з одного боку сприяють формуванню оксидів на поверхнях боридів, які виконують роль твердого мастила, а з іншого боку – підвищують міцність покриття за рахунок зниження пластичних деформацій. Також встановлено, що зміцнення вихідного інтерметаліду тугоплавкими зернами Cr (Ti, Zr)B2 приводить до суттєвого підвищення зносостійкості газотермічних покриттів (майже в 2 рази в порівнянні із вихідним NiAl) в умовах високотемпературного тертя-зношування завдяки зміні механізму зношування з адгезійного на окисний.
Дослідження особливостей фазоутворення в системах
NiAl(NiTi)-MeB2 показали, що при змочуванні та при отриманні композитів систем NiTi-CrB2 та NiTi-ZrB2 внаслідок інтенсивної хімічної взаємодії між вихідними компонентами утворюється додаткова боридна фаза TiB2, а також матриця перетворюється на Ni3Ti, яка є більш корозійностійкою в порівнянні із вихідним інтерметалідом NiTi. За результатами змочування розроблено композиційний матеріал на основі системи NiTi-CrB2 для захисту деталей гідроенергетичного обладнання від ерозійно-корозійного зношування у агресивних водних середовищах. Проведені комплексні експериментальні дослідження показали, що розроблений композит практично не кородує при тривалій витримці у морській воді та має в
1,3 рази вищу кавітаційну стійкість і в 1,7 рази вищу гідроабразивну стійкість в порівнянні зі сталями, що використовуються на даний час.
Розроблені композиційні порошкові матеріали NiAl/ NiTi - CrB2(TiB2, ZrB2) можуть бути рекомендовані для нанесення газотермічних покриттів для захисту деталей, що працюють в умовах механічного, абразивного, кавітаційного, втомлювального тощо видах зношування.
Ключові слова: інтерметаліди NiAl та NiTi, тугоплавка сполука, дибориди, закономірності змочування, контактна взаємодія, дисперсне зміцнення, гаряче пресування, рідкофазне спікання, композит, композиційний порошковий матеріал, високотемпературне окиснення, плазмові та детонаційні покриття, зносостійкість, високотемпературні трибовипробування, термоерозійна стійкість, кавітація, гідроабразивний знос, електрохімічні випробування, агресивні водні середовища.
Registration Date
2025-12-09
popup.nrat_date
2025-12-09 / 2026-07-01
