Институт материаловедения Хабаровского НЦ ДВО РАН, Хабаровск, Россия:

А. А. Бурков, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: burkovalex@mail.ru
П. Г. Чигрин, старший научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: pal_chig@mail.ru
М. А. Кулик, младший научный сотрудник, эл. почта: marijka80@mail.ru

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия:
М. А. Ермаков, доцент кафедры литейного производства и технологий металлов, канд. техн. наук, эл. почта: ermakovma@yandex.ru

Антифрикционные слои на титановом сплаве Ti6Al4V могут быть получены созданием развитой структуры смазочных карманов с последующим нанесением сухих самосмазывающихся веществ. Изучены структура и триботехническое поведение интерметаллидных Ti – Al-покрытий после гидротермального нанесения дисульфида молибдена (MoS₂). Покрытия из алюминидов титана с регулярной сетью трещин получены методом электроискровой обработки сплава Ti₆Al₄V в эквимолярной смеси титановых и алюминиевых гранул. Для заполнения смазочных емкостей в покрытиях MoS₂ применяли метод гидротермального синтеза в растворе тиомочевины и молибдата натрия при 220 ^oC. Структуру покрытий изучали методами рент геновского дифракционного анализа, растровой электронной микроскопии, микро рентгеноспектрального анализа и Рамановской спектроскопии. Износостойкость покрытий исследовали согласно стандарту ASTM G99 при сухом трении скольжения с применением контртел в виде дисков из быстрорежущей стали Р6М5 на скорости 0,47 м/с при нагрузке 25 Н. Установлено, что в составе электроискровых покрытий преобладали интерметаллиды Ti₃Al, TiAl, TiAl₃ и TiAl₂. В структуре Ti – Al-покрытий отмечена регулярная сеть трещин толщиной 0,77 ± 0,3 мкм и удельной площадью на поверхности покрытий 2,2 ± 0,35 %. Показано, что в результате гидротермального синтеза на поверхности образцов формируется слой MoS₂, состоящий из сферических частиц диаметром 3,09±0,63 мкм. По данным энергодисперсионного картирования сделан вывод, что трещины Ti – Al-покрытий также заполняются MoS₂. По результатам триботехнических испытаний установлено, что гидротермальное нанесение MoS₂ на Ti – Al-покрытия позволяет снизить их коэффициент трения на 30 % и приведенный износ при сухом трении скольжения в 2 раза. Проведенные исследования показывают перспективность гидротермального нанесения MoS₂ на Ti – Al-покрытия в целях изучения триботехнических свойств.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (№ 19-73-00031).

1. An Q., Huang L. J., Jiao Y., Bao Y, Zhong B., Geng L. Intergrowth microstructure and superior wear resistance of (TiB + TiC)/Ti64 hybrid coatings by gas tungsten arc cladding // Materials and Design. 2019. Vol. 162. P. 34–44.
2. Cuddihy M. A., Stapleton A., Williams S., Dunne F. P. E. On cold dwell facet fatigue in titanium alloy aero-engine components // Internftional Journal of Fatigue. 2017. Vol. 97. P. 177–189.
3. Ezugwu E. O., da Silva R. B., Bonney J., Machado Á. R. The effect of argonenriched environment in high-speed machining of titanium alloy // Tribology Transactions. 2005. Vol. 48. P. 18–23.
4. Chunxiang C., BaoMin H., Lichen Z., Shuangjin L. Titanium alloy production technology, market prospects and industry development // Materials and Design. 2011. Vol. 32. P. 1684–1691. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.09.011.
5. Ganjeh E., Sarkhosh H. Microstructural, mechanical and fractographical study of titanium-CP and Ti – 6Al – 4V similar brazing with Ti-based filler // Materials Science and Engineering A. 2013. Vol. 559. P. 119–129. DOI: 10.1016/j.msea.2012.08.043.
6. Бурков А. А., Кулик М. А., Крутикова В. О. Характеристика Ti – Si-покрытий на сплаве Ti6Al4V, осажденных электроискровой обработкой в среде гранул // Цветные металлы. 2019. № 4. С. 21–25. DOI: 10.17580/tsm.2019.04.07.

7. Łepicka M., Gradzka-Dahlke M. Surface modification of Ti6Al4V titanium alloy for biomedical applications and its effect on tribological performance — A review // Reviews on Advanced Materials Science. 2016. Vol. 46. P. 86–103.
8. Shang K., Zheng S., Ren S., Pu J, He D., Liu S. Improving the tribological and corrosive properties of MoS2-based coatings by dual-doping and multilayer construction // Applied Surface Science. 2018. Vol. 437. P. 233–244.
9. Zhu S., Cheng J., Qiao Z., Yang J. High temperature solidlubricating materials: A review // Tribology International. 2019. Vol. 133. P. 206–223.
10. Qu C. C., Li J., Juan Y. F., Shao J. Z., Song R. et al. Effects of the content of MoS2 on microstructural evolution and wear behaviors of the laser-clad coatings // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 357. P. 811–821.
11. Torres H., Rodríguez Ripoll M., Prakash B. Self-lubricating laser claddings for friction control during press hard-ening of Al – Si-coated boron steel // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 269. P. 79–90.
12. Yang R., Liu Z., Wang Y., Yang G., Li H. Synthesis and characterization of MoS2/Ti composite coatings on Ti6Al4V prepared by laser cladding // AIP Advances. 2013. Vol. 3. P. 022106.
13. Arenas M. A., Ahuir-Torres J. I., García I., Carvajal H., de Damborenea J. Tribological behaviour of laser textured Ti6Al4V alloy coated with MoS2 and graphene // Tribology International. 2018. Vol. 128. P. 240–247.
14. Hanjun H., Zhen C., Xingguang L., Xingguo F., Yugang Z. et al. Effects of substrate roughness on the vacuum tribological properties of duplex PEO/bonded-MoS₂ coatings on Ti6Al4V // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 349. P. 593–601.
15. Khanmohammadi H., Allahkaram S. R., Towhidi N., Rashidfarokhi A. M. Preparation of PEO coating on Ti6Al4V in different electrolytes and evaluation of its properties // Surface Engineering. 2016. Vol. 32. P. 448–456.
16. Deng W., Zhao X., Ana Y., Hao E., Lia S. et al. Improvement of tribological properties of as-sprayed 8YSZ coatings by in-situ synthesis C/MoS2 composite lubricant // Tribology International. 2018. Vol. 128. P. 260–270.
17. Gizynski M., Miyazaki S., Sienkiewicz J., Kuroda S. et al. Formation and subsequent phase evolution of metastable Ti – Al alloy coatings by kinetic spraying of gas atomized powders // Surface and Coatings Technology. 2017. Vol. 315. P. 240–249.
18. Левашов Е. А. и др. Многофункциональные наноструктурные покрытия: получение, структура и обеспечение единства измерений механических и трибологических свойств // Деформация и разрушение металлов. 2009. № 11. С. 19–36.
19. Shtansky D. V., Lobova T. A., Fominsky V. Ju., Kulinich S. A. et al. Structure and tribological properties of WSex, WSex/TiN, WSex/TiCN and WSex/TiSiN coatings // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 183, No. 2-3. P. 328–336.
20. Burkov A. A., Chigrin P. G. Synthesis of Ti – Al intermetallic coatings via electrospark deposition in a mixture of Ti and Al granules technique // Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 387. P. 125550. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125550.
21. Verkhoturov A. D., Murzin L. M. Mechanism of the electrical erosion of composite materials during electrospark alloying // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 1973. Vol. 12. P. 680–683.
22. Бурков А. А. Получение аморфных покрытий электроискровой обработкой стали 35 в смеси железных гранул с CrMoWCBSi порошком // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21, № 4. С. 19–30.
23. Li S., Zhao X., An Y., Liu D., Zhou H., Chen J. YSZ/MoS₂ selflubricating coating fabricated by thermal spraying and hydrothermal reaction // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 17864–17872. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.06.258.
24. ASTM G99-17. Standard test method for weat testing with a pin-on-disk apparatus. — Published : 01.01.2017. — USA : ASTM International, 2017.
25. Zhang J., Zhu L., Sun A., Gu X. Influence of laser shock processing on properties of SiCp/Cu composite weld crack restored by electro-spark overlaying // Transactions of the China Welding Institution. 2009. Vol. 30. P. 17–20.
26. Holec D., Abdoshahi N., Mayer S., Clemens H. Thermal expansion and other thermodynamic properties of 2-Ti3Al and -TiAl intermetallic phases from First principles methods // Materials (Basel). 2019. Vol. 12. P. 1292.