Obtaining composite powder materials and coatings based on titanium diboride

Authors

  • Viacheslav Syrovatka Department of highly-persistant surface layers material science and engineering Frantsevich Institute for Problems of Materials Science National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-5034-2656

DOI:

https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230203.02

Keywords:

composite powder material, coating, alloying element, coefficient of friction, wear

Abstract

The structure and properties of composite powder materials and detonation coatings were studied depending on their composition and method of production. It was established that during the detonation sputtering of coatings, there is no separation of components, which contributes to the formation of a uniform finely dispersed structure of coatings, similar to the structure of composite materials. Comparative studies of the behavior of composite detonation coatings under conditions of dry friction in a pair with steel were carried out. The structure of composite powders and coatings was analyzed depending on their composition. It was found that the detonation coatings have higher wear resistance than the coatings obtained by method 2. The probable reason is that the structure consists of titanium diboride grains, complex borides of titanium, molybdenum and iron, as well as a metal phase, which is a solid solution of molybdenum in iron and the presence of complex titanium borides in the structure of detonation coatings. Titanium boride contributes to the formation of a fine crystalline structure, and also reduces the tendency to the formation of metal oxides and intermetallics. Evaluating the degree of homogeneity of the structure of the obtained powder materials, it should be noted that it largely depends on the size of the initial particles of the powder alloy. The structure of relatively large particles can be inherited by the structure of the sintered material. In the process of sintering at a higher temperature of the material, light titanium particles with aluminum shells are visible. In the process of sintering at a high temperature, aluminum from the shell can diffuse into the matrix, but the titanium areas remain. Comparative studies on the wear resistance of detonation coatings have established that the developed composite coatings can be recommended for use as sliding bearings under severe operating conditions.

References

Мамыкин Е. Т. Комплекс машин и методика определения антифрикционных свойств при трении скольжения. Порошковая металлургия. 1973. №1. с. 67−72.

Панасюк А.Д. и др. Контактное взаимодействие карбида титана со сплавами на основе железа. Порошковая металлургия. 1981. №4. с. 66–72.

Уманский А. П., Стороженко М. С., Акопян В. В. Дослідження контактної взаємодії TiB2 з сплавами Fe−Mo. Адгезия расплавов и пайка материалов. 2011. Вып. 44. с. 38−45.

Уманський О. П., Стороженко М. С., Акопян В. В. Дослідження закономірностей змочування та контактної взаємодії в системах TiB2−(Fe−Mo). Інженерна механіка та транспорт: матеріали ІІ Міжнародної конференції молодих вчених (Львів, 24-26 листопада 2011 р). − Львів, 2011. с. 628.

Yu H., Liu W., Zheng Y. Effect of carbon content on the microstructure and mechanical properties of Mo2FeB2 based cermets. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2011. №29. р. 724−728.

Storozhenko M. et. al. Effect of molybdenum additions on the structure of TiB2–(Fe–Mo) Composite Materials. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2018. Vol. 57, № 3−4. р. 200–208.

Уманский А. П., Стороженко М. С., Стельмах А. У., Костенко А. Д. Формирование структурно-фазового состава композиционных материалов системы TiB2−(Fe−13мас.%Mo). Наукові нотатки. 2017. Випуск 59. с. 294–299.

Композиційний зносостійкий матеріал на основі дибориду титану : пат. на корисну модель №78156 Україна : МПК С22С 29/14. № u 201210411; заявл. 03.09.2012; опубл. 11.03.2013, Бюл. №5.

9 Уманский А. П., Стороженко М. С., Терентьев А. Е., Акопян В. В. Плазменные покрытия системы TiB2−(Fe−Mo). Авиационно-космическая техника и технология. 2014.- № 7 (114). − с.6–11.

Уманский А. П., Акопян В. В., Стороженко М. С. и др. Структура и свойства детонационных покрытий из композиционных порошков системы TiB2−(Fe−Mo). Наукові нотатки 2013. Випуск 41, частина 1. с.247−253.

Уманский А. П. Стороженко М. С., Акопян В. В. Упрочнение деталей авиационной наземной техники газотермическими покрытиями системы TiB2−(Fe−Mo). Авіа-2013: матеріали ХІІ міжнародної науковотехнічної конференції. Київ, 2013. с. 13.9–13.12.

Уманский А. П., Терентьев А. Е., Стороженко М. С., Кисель В. М., Евдокименко Ю. И., Варченко В. Т. Влияние дисперсных добавок диборида титана на структуру и свойства HVAF-покрытий системы (Ni-Cr-B-Si)-TiB2. Авиационно-космическая техника и технология. 2013. № 9 (106). с.188–194.

Стороженко М. С. Механізми зношування плазмових покриттів системи NiCrSiB−TiB2 в умовах тертя ковзання без мастила. Проблеми трибології. 2013. № 4. с. 121–128.

Композиційний зносостійкий матеріал на основі дибориду титану : пат. Україна №86595 : МПК С22С 32/00 № 201306383; заявл. 23.05.2013; опубл. 10.01.2014, Бюл. №10.

Ткаченко Ю.Г., Юрченко Д.З., Ковальченко М.С. Высокотемпературное трение тугоплавких соединений. Порошковая металлургия. 2008. №6/7. с.167−178.

Стороженко М. С. Композиционные материалы на основе TiB2−SiC с никельхромовой связкой. Порошковая металлургия. 2011. №11/12. с. 54−63.

Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко. Газотермические покрытия из порошковых материалов. – Киев ,,Наукова думка”, 1987. − 550с.

О.П. Уманський, В.В. Акопян, М.С. Стороженко. Дослідження закономірностей змочування та контактної взаємодії в системах TiB2-(Fe-Mo).-Адгезия расплавов и пайка материалов, 2011, №44.-с.34-41.

П.А. Витязь, А.Ф. Ильющенко, А.И. Шевцов. Основы нанесения износостойких, коррозионностойких и теплозащитных покрытий. – Мн.: Бел. Наука, 2006. – 363с.

Уманский А.П., Акопян В.В., Стороженко М.С., Марценюк И.С. Формирование износостойких ЭИЛ покрытий системы TiB2-(Fe-13%Mo). Седьмая международная конференция ,,Материалы и покрытия в экстремальных условиях” 24-28 сентября 2012 г. г. Кацивели, Крым, Украина.

Ilyuschenko, A., Letsko, A., Talako, T., .Yakovleva, M., Sirovatka, V. Nanocomposite SHS-Powders TiB2/Fe-Mo for wear resistant thermal spray coatings. Proceedings Euro PM 2015: International Power Metallurgy Congress and Exhibition, 2015

Sirovatka, V.L. Study of Abrasive Wear Resistance of Detonation Coatings Made of Mechanically Alloyed Powders Ti-Al-B. Journal of Friction and Wear 2011, 32(2), pp. 91–94.

Oliker, V.E., Sirovatka, V.L., Grechishkin, E.F., Gridasova, T.Ya. Abrasive wear resistance of detonation coatings from mechanochemically alloyed Ti-Al-B powders. Powder Metallurgy and Metal Ceramics 2010, 49(1-2), pp. 61–65.

П.А. Витязь, Т.Л. Талако, А.И. Лецко, Н.М. Парницкий, М.С. Яковлева. Исследование структуры и механизма FeAlCr/Al2O3 полученных детонационным напылением. – Порошковая металлургия и функциональные покрытия.– №1– 2018. – с.67-76.

Т.Л. Талако, А.В. Беляев, А.Ф. Ильющенко, А.И. Лецко. Порошковый материал на основе моноалюминида железа и способ его получения. Пат. 6545(РБ). 2004.

Published

2023-06-01

How to Cite

Syrovatka, V. (2023). Obtaining composite powder materials and coatings based on titanium diboride. International Science Journal of Engineering & Agriculture, 2(3), 10–17. https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230203.02