Влияние параметров термоокисления на микро

Nov 25, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11249 (2023) Цитировать эту статью

348 Доступов

Подробности о метриках

Защитные оксидные слои на сплаве Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1,5Cr (TC21) с равноосной микроструктурой существенно влияют на микротвердость и стойкость к горячей коррозии. В настоящей работе термическое оксидирование сплава ТС21 проводилось при температурах 600, 700 и 800 °С в течение 5, 20 и 50 часов. Методами горячей коррозии в средах солей NaCl и NaCl + Na2SO4 подвергались необработанные (неокисленные) и окисленные образцы при 600 и 800 °С в течение 50 ч. Горячая коррозия проводилась при температуре 600 °С в течение 5 циклов с шагом по 10 часов. Наилучшая толщина оксидного слоя наблюдалась при 800 °С, которая увеличивалась с увеличением времени и температуры окисления. Поверхностная твердость оксидного слоя при 800 °С составила 900 ± 60 HV0,05 за счет образования фаз TiO2 и Al2O3. Твердость сырья составила 342 ± 20 HV0,05, увеличившись в три раза за счет термического окисления. В случае NaCl потеря массы преобладала во всех образцах, за исключением температуры 800°C в течение 5 часов. В случае NaCl + Na2SO4 прирост массы происходил при 600 и 800 °С в течение 5 часов. Потеря массы происходила как у необработанных образцов, так и у образцов, обработанных при 800 °С в течение 20 и 50 ч, при этом оксидный слой отслаивался. Твердость поверхности увеличилась при испытаниях на горячую коррозию из-за образования хрупких фаз, таких как TiO2 и Na4Ti5O12. Наибольшую твердость и коррозионную стойкость имели образцы, окисленные при 800 °С в течение 5 ч.

Титан — это немагнитный сплав низкой плотности (60 % от плотности нержавеющей стали) с выдающимися характеристиками теплопроводности. Титановые сплавы широко используются во многих областях, таких как авиация, химическая промышленность1,2,3, нефтехимическая4, фармацевтическая5,6, биомедицинская промышленность, горнодобывающая промышленность7,8, атомная и энергетическая промышленность, геотермальная энергия, опреснение, теплообменники9 и т. д. Свойства титана на сплавы влияют различные факторы, включая легирование и микроструктуру10,11,12. Эти сплавы обладают хорошими свойствами, такими как прочность, вязкость, усталость, коррозия и термическая стабильность. Однако основным фактором, влияющим на механические свойства, является микроструктура. Важными фазами титановых сплавов являются α-фаза с гексагональной плотноупакованной структурой (ГПУ) и β-фаза с объемноцентрированной кубической структурой (ОКЦ). Сплавы α-β являются наиболее широко используемыми титановыми сплавами. Образуются многие микроструктуры титановых сплавов, такие как пластинчатая, равноосная и бимодальная. Микроструктуру можно изменить, используя различные режимы термообработки и охлаждающие среды. Микроструктурные параметры включают морфологию, размер зерна, объемную долю и фазовое распределение13,14.

Как правило, равноосная микроструктура обеспечивает хорошую прочность, высокую пластичность и высокую усталостную прочность15,16,17. Механические характеристики являются наиболее важным фактором производительности для применений из титана, таких как подвижные и неподвижные лопатки в газовых турбинах. Биосовместимость является наиболее важным элементом в медицине, например, в зубных имплантатах и ​​костных каркасах. Коррозия является наиболее важным свойством в нефтяном секторе, например, в трубах для передачи жидкости. Итак, наиболее важным требованием в промышленном секторе является устойчивость к коррозии. Поскольку титановые сплавы подвержены коррозии, кислород может проникать глубоко сквозь металлическую подложку, создавая зону растворения кислорода, в результате чего пораженная область становится более хрупкой18,19,20. Титановые сплавы подвергаются горячей коррозии в морской среде и быстрому окислению при температуре свыше 400 °C в кислородсодержащих средах21. В окислительных кислых средах и нейтрально-хлоридных средах титановые сплавы демонстрируют большую устойчивость к коррозии, чем нержавеющая сталь. Благодаря прочной и защитной оксидной пленке, природа которой сильно зависит от переменных окружающей среды; титан устойчив к коррозии. Когда титан подвергается воздействию водной среды, на поверхности мгновенно образуется защитный оксид1,22,23,24. Оксидные слои, образующиеся на поверхности титановых сплавов, продолжают оставаться устойчивыми как к общей, так и к локальной коррозии в большинстве окислительных и нейтральных сред без необходимости использования ингибиторов коррозии, таких как сплавы железа и алюминия, при воздействии восстановительных сред25. 26.