Способ улучшить качество сплавов на основе алюминида титана предложили в НГТУ НЭТИ

Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ изучают влияние термической обработки на фазовый состав и трещиностойкость сплавов на основе алюминида титана, стабилизированных добавками железа, никеля и кобальта. Исследования помогут решить проблему хрупкости сплавов.

Легкие и высокопрочные сплавы на основе алюминида титана (TiAl) нашли применение в авиационной промышленности для изготовления лопаток турбин низкого давления авиационных двигателей. Однако у таких сплавов есть недостаток — относительно низкая температура эксплуатации. Деградация свойств при высоких температурах связана в том числе с окислением. По этой причине поиск новых составов сплавов или разработка защитных покрытий для уже существующих соединений является актуальной задачей, которую решают на кафедре материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ.

По словам профессора кафедры материаловедения в машиностроении доктора технических наук Дарьи Лазуренко, преимуществом для решения этой задачи обладают сплавы на основе TiAl₃. «При окислении на поверхности TiAl₃ формируется плотная пленка состава Al₂O₃ (оксид алюминия), которая защищает сплав от дальнейшего взаимодействия с кислородом. Однако применение сплавов с высоким содержанием алюминия на сегодняшний день ограничивается их низкой пластичностью и трещиностойкостью: трещины в них могут формироваться еще на этапе производства», — рассказала Дарья Лазуренко.

Ликвидировать этот недостаток способно легирование TiAl₃ — процесс добавления в интерметаллид других элементов для улучшения его свойств. При легировании триалюминида титана переходным металлом его трещиностойкость может повыситься в 2–3 раза. При этом в сплавах тройных систем с компонентами «титан — алюминий — переходный металл» зачастую формируются вторичные соединения, охрупчивающие сплав и нивелирующие эффект от легирования.

«Мы рассматриваем возможность устранения таких соединений из сплавов на основе TiAl₃ с добавками железа, никеля и кобальта путем термической обработки. Исследования показали, что во всех сплавах формируется вторичная фаза одного типа, которая, согласно проведенным в работе квантово-химическим расчетам, является более стабильной, по сравнению с TiAl₃, легированным переходным металлом. По этой причине избежать ее формирования при изготовлении сплавов является затруднительным. С использованием метода дифракции рентгеновского синхротронного излучения в режиме in situ было показано, что вторичная фаза растворяется в сплаве при нагреве. Таким образом, проведение термической обработки может быть эффективно для ее устранения», — рассказала Дарья Лазуренко.

Найденное учеными новосибирского вуза решение подходит для сплавов, содержащих железо. Количество выделений вторичной фазы в сплаве существенно сократилось, а его трещиностойкость после термической обработки возросла на 30 %.

Напомним, ранее ученые НГТУ НЭТИ в лабораторных условиях получили тугоплавкий силицид ниобия. Суперпрочный и тугоплавкий интерметаллид представляет интерес в аэрокосмической отрасли как замена жаропрочным никелевым сплавам.