Азотонауглероживание как способ повышения коррозионной стйкости и износостойкость титановых сплавов

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2011. Вып. 2
ФИЗИКА. ХИМИЯ

Физическая химия

УДК 620.193.41:621.793.6

И.Н. Бурнышев, М.А.Шумилова

АЗОТОНАУГЛЕРОЖИВАНИЕ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ 
КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Изучена коррозионная стойкость и износостойкость титановых сплавов с различными видами покрытий. Установлено, что наиболее перспективным является применение процесса азотонауглероживания для повышения 
стойкости титановых сплавов.

Ключевые слова: химико-термическая обработка (ХТО), азотонауглероживание, коррозионная стойкость, износостойкость, титановые сплавы.

Одним из широко распространенных способов химико-термической обработки (ХТО) железо
углеродистых сплавов является нитроцементация (азотонауглероживание) [1]. Практически 85 % 
всех стальных деталей, упрочняемых ХТО, являются нитроцементованными, применительно к титановым сплавам данный вид обработки менее распространен. Совместное насыщение  таких сплавов 
углеродом и азотом имеет преимущества по сравнению с однокомпонентным насыщением углеродом 
и азотом. По сравнению с науглероживанием азотонауглероживание позволяет уменьшить хрупкость 
диффузионных слоев и увеличить толщину, а по сравнению с азотированием – сократить время обработки и повысить твердость упрочненного слоя. Большинство работ по азотонауглероживанию титановых сплавов посвящено диффузионному насыщению из газовых сред [2]. В настоящей работе 
представлены результаты азотонауглероживания образцов из титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ14  в 
твердых порошковых насыщающих средах. 

Материалы и методика исследований

Химико-термическую обработку проводили двумя способами: в контейнерах с плавким затво
ром (тигле) и в динамической насыщающей смеси. Для реализации второго способа была изготовлена 
лабораторная установка. Движение порошковой смеси  вместе с упрочняемыми образцами осуществлялось вращением барабана, в который загружались насыщающая смесь и образцы. 

Источниками углерода служили стандартный карбюризатор (К), либо графит, либо активиро
ванный уголь (АУ). В качестве источника атомов азота использовали желтую кровяную соль 
K4Fe(CN)6 (ЖКС). Для снижения вероятности окисления поверхности титана кислородом воздуха в 
состав смеси вводили в качестве добавки силикокальций или карбид кальция (КК). В порошковых 
смесях всегда присутствует кислород. Источником его может быть воздух, заполняющий пространство между частицами углеродных материалов в момент засыпки смеси в контейнер; кислород, абсорбированный в углеродсодержащих компонентах смеси; а также кислород углекислого газа, выделяющийся при разложении углекислых солей, входящих в состав стандартного карбюризатора. Для 
определения приоритетности реакций взаимодействия титана с кислородом, углеродом и азотом был 
выполнен расчет  свободной энергии образования оксидов, карбидов и нитридов титана. Как показали расчеты, при прочих равных условиях в первую очередь образуются оксиды титана, так как у них 
наименьшая энергия Гиббса образования. Формирование оксидов титана  на поверхности сплавов 
нежелательно по двум причинам: во-первых, они являются барьером для атомов углерода и азота; вовторых, их наличие в слое приводит к охрупчиванию. Как было установлено, указанные добавки не 
всегда позволяют исключить образование оксидов в слое.

Для исследования структуры сплавов, их фазового и химического состава применяли методы 

металлографического, рентгеноструктурного и дюрометрического анализов.

Испытания на коррозионную стойкость проводили согласно методике определения коррозион
ной стойкости материалов в электролите [3] при полном погружении образца в коррозионную среду. 
Коррозионную стойкость оценивали качественно путем наблюдения внешнего вида образцов во время испытания и количественно по уменьшению массы. В качестве агрессивной среды использовали