Page 15 - Актуальність теми

13

Основними характеристиками матеріалів з’єднувальних елементів є
жаростійкість, водневотривкість і високотемпературна міцність, а також їх питома
вага. Встановлено, що у сплаві Crofer упродовж перших 250 год величина Δm/S
дещо зростає (жаростійкість знижується), потім за наступні 500 год приріст маси
практично не змінюється (рис. 9, крива 1), а під час подальшого витримування до t =
1000 год зростає і приріст маси становить 0,31 мг/см2. Така поведінка зумовлена
формуванням щільної оксидної плівки Cr2O3 і частково оксидів марганцю, алюмінію
і титану.

У матеріалі на основі МАХ-фази варіанта №1 (з поруватістю 22 %) кисень,
проникаючи крізь пори, контактує з ним як зовні (рис. 10 a), так і в об’ємі зразка
(рис. 10 б). Внаслідок цього приріст маси на одиницю площі стрімко зростає і
досягає 24 мг/см2 вже після витримування 400 год (рис. 9, лінія 2). Для варіанта №2,
величина Δm/S зростає упродовж перших 500 год і стабілізується за наступних
500 год (рис. 9, крива 3), коли приповерхневі пори ―заліковуються‖ плівкою оксидів
Al2O3 і TiO2. Проте тут окиснення ще інтенсивне, оскільки з середовищем взаємодіє
як зовнішня поверхня зразка, так і поверхні пор в об’ємі матеріалу (рис. 10 в). В
результаті приріст маси зразка цього матеріалу на базі 1000 год у 3 рази більший,
ніж сталі Crofer (рис. 9, крива 3 порівняно з кривою 1).

Рис. 9. Кінетика окиснення матеріалів при 600°С у повітрі: 1 - сплав Crofer;
2 – композит варіанта №1, 3 – №2, 4 – №3; 5 – композит після попереднього окиснення
при 1200°С упродовж 2 год.

Додаткове легування ніобієм (варіант №3) сприяє різкому (майже у 4 рази)
зниженню величини Δm/S вже на початковому етапі окиснення (рис. 9, крива 4
проти кривої 3), що зумовлено утворенням щільної поверхневої оксидної плівки
(рис. 10 г). Згідно літературних даних, за малого вмісту ніобію, коли він заміщає
іони титану і зменшує кількість вакансій кисню в оксиді TiO2, жаростійкість
титанових сплавів підвищується. Зі збільшенням його вмісту, коли додатково
утворюються оксиди TiNb2O7 і AlNbO4, вона знижується. Тому вміст ніобію у
композиті варіанта №3 обмежили до 3…5 мас.%. Відомо також, що вплив ніобію
полягає у сповільненні масопереносу в оксиді і його захисна дія ефективніша, ніж
блокувальна плівкою Al2O3. Очевидно, саме цей механізм сприяє підвищенню
жаростійкості сплаву системи Ti-Al-Nb-C, коли на базі 1000 год приріст маси стає на
рівні сталі Crofer (0,34 мг/см2 і 0,31 мг/см2 відповідно).