Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2020,  том 17,  №1, 14-20

 

В.И. Проскуряков, И.В. Родионов, Е.В. Ситников, С.А. Бородина

Получение ультрамелкодисперсных структур на титановом сплаве ВТ6 лазерным диспергированием тонких оксидных пленок

Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, ул. Политехническая, 77, 410054, Саратов, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Проведены экспериментальные исследования морфологических характеристик, элементного состава и микротвердости оксидированной поверхности титанового сплава ВТ6, диспергированной лазерными импульсами. Определены рациональные технологические условия лазерной модифицирующей обработки оксидных пленок для формирования морфологически гетерогенного ультрамелкодисперсного поверхностного слоя оксидов с повышенными показателями микротвердости. Установлено образование наночастиц на обработанной поверхности, средний размер которых находится в диапазоне 70-100 нм. Результаты растровой электронной микроскопии показали, что основными элементами лазерно модифицированного оксидного слоя являются азот (10.41-14.64 ат. %), кислород (35.15-40.01 ат. %) и титан (54.74-58.13 ат. %), а состав сформированного поверхностного слоя является преимущественно нитридооксидным. Выполнены измерения микротвердости обработанных поверхностей, которые показали, что при заданных в эксперименте технологических режимах воздушно-термического оксидирования и последующей лазерной импульсной обработки микротвердость достигает величины 21.8±0.1 ГПа. Исследовано изменение гранулометрического состава и структуры лазерно модифицированной поверхности оксидированных титановых образцов и показано, что среднее значение размера частиц и пор возрастает с увеличением температуры оксидирования. Пористость имеет повышенные значения (суммарно свыше 40%) у поверхностей, полученных при температуре оксидирования 600 °С и подвергнутых лазерной обработке, а наиболее низкие значения – у поверхностей, сформированных воздушно-термическим оксидированием при температуре 500 °С с последующей обработкой лазерными импульсами. Профилометрические исследования шероховатости модифицированных поверхностей показали существенное возрастание параметров микронеровностей при увеличении напряжения импульсов в процессе лазерного диспергирования оксидных пленок на титановом сплаве ВТ6.

Ключевые слова: титановый сплав ВТ6, воздушно-термическое оксидирование, лазерное диспергирование, элементный состав, морфология, микротвердость.

УДК 621.78

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.01.002


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 17, No.1 (2020) 14-20

 

V.I. Proskuryakov, I.V. Rodionov, E.V. Sitnikov, S.A. Borodina

Obtaining ultrafine structures on VT6 titanium alloy by laser dispersion of thin oxide films

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Politechnicheskaya Str., 77, Saratov, 410054, Russia

Experimental studies of the morphological characteristics, elemental composition, and microhardness of the oxidized surface of VT6 titanium alloy dispersed by laser pulses were carried out. The rational technological conditions of laser modifying treatment of oxide films for the formation of a morphologically heterogeneous ultrafine oxide surface layer with increased microhardness are determined. The formation of nanoparticles on the treated surface, the average size of which is in the range of 70-100 nm, has been established. The results of scanning electron microscopy showed that the main elements of the laser-modified oxide layer are nitrogen (10.41-14.64 at.%), oxygen (35.15-40.01 at.%) and titanium (54.74-58.13 at.%), and the composition of the formed surface layer is predominantly nitride oxide. The microhardness measurements of the treated surfaces were carried out, which showed that at the technological conditions specified in the experiment for air-thermal oxidation and subsequent laser pulsed treatment, the microhardness reaches 21.8 ± 0.1 GPa. The change in the particle size distribution and structure of the laser-modified surface of oxidized titanium samples was studied, and it was shown that the average value of the particle size and pores increases with increasing oxidation temperature. Porosity has elevated values (in total over 40%) on surfaces obtained at an oxidation temperature of 600 °C and subjected to laser processing, and the lowest values are on surfaces formed by air-thermal oxidation at a temperature of 500 °C followed by laser treatment. The profilometric studies of the roughness of the modified surfaces showed a significant increase in the microroughness parameters with increasing pulse voltage during laser dispersion of oxide films on VT6 titanium alloy.

Keywords: VT6 titanium alloy, air-thermal oxidation, laser dispersion, elemental composition, morphology, microhardness.