Корозійна стійкість титанових сплавів, отриманих методами адитивних технологій

С.В. Кирилаха

doi:10.15407/mom2025.01.040

Автор(и)

С.В. Кирилаха Національний університет «Запорізька політехніка», Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0009-0001-5688-5616

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.01.040

Ключові слова:

титанові сплави, адитивні технології, фракція, нарощування, електронно-променеве плавлення, корозійна стійкість, 3D наплавка, несферичний порошок титану, HDH порошок титану, структура

Анотація

Титанові сплави є широко використовуваними конструкційними матеріалами, що знаходять застосування в умовах агресивних середовищ, зокрема в авіаційній, медичній та енергетичній промисловості. Завдяки своїм високим механічним властивостям, корозійній стійкості та біосумісності, титанові сплави є оптимальним вибором для виготовлення відповідальних конструкцій. Водночас, важливим напрямом досліджень є розробка нових методів підвищення їх корозійної стійкості, зокрема в умовах екстремальних температур і агресивних середовищ, а також вдосконалення технологій їх виробництва, зокрема через використання адитивних технологій. На основі даних літератури виконано порівняльну оцінку корозійної стійкості α- та псевдо-α-титанових сплавів марок ВТ1-0 та ВТ20 (Ti–Al–Mo–V–Zr), виготовлених традиційною та адитивною технологіями (електронно-променеве плавлення). Аналіз показав, що сплави, отримані адитивним методом, мають нижчу корозійну стійкість у 20%-му розчині хлоридної кислоти порівняно з тими, що виготовлені традиційно. Виявлено, що погіршення корозійної стійкості пов’язано з утворенням структури Відманштетта та метастабільного мартенситу під час адитивного виробництва. Показано корозійну стійкість сплаву ВТ1-0, отриманого адитивними технологіями. Доведено, що швидкість корозії перехідної зони складає 0,394 г/(м²·год), вона нижча за ВТ1-0, але вища за ВТ20. Подальший аналіз може бути спрямований на підтвердження цього явища, визначення його причин, а також вивчення впливу мікроструктури, утвореної під час адитивного процесу, на корозійну стійкість титанових сплавів. Важливо також оцінити роль внутрішніх дефектів та їх вплив на швидкість корозії, зокрема для сплаву ВТ1-0, та дослідити шляхи поліпшення корозійної стійкості через удосконалення процесів адитивного виробництва.

Посилання

Zwicker, U. (1974). Titan und Titanlegierungen. Springer Verlag. [in English]. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80587-5.

Froes, F. H. (2015). Titanium: Physical metallurgy, processing, and applications. ASM International. [in English]. https://doi.org/10.31399/asm.tb.tpmpa.9781627083188

Leyens, C., & Peters, M. (2003). Titanium and titanium alloys: Fundamentals and applications. Wiley-VCH. [in English]. https://doi.org/10.1002/3527602119

Weng, Y. Q., Dong, H., & Gan, Y. (2012). Titanium alloys: Advances in properties control. Elsevier. [in English].

Froes, F. H. (2015). Titanium powder metallurgy: Science, technology and applications. Elsevier. [in English]. https://doi.org/10.31399/asm.tb.tpmpa.9781627083188

Kutsova, V. Z., Kovzel, M. A., & Nosko, O. A. (2008). Legovani stali ta splavy z osoblyvymy vlastyvostiamy [Alloyed steels and alloys with special properties]. NMetAU. [in Ukrainian].

Pogrelyuk, I. M., Tarasyuk, V. K., & Mytsyk, L. S. (2016). Korozijna tryvkistʹ tytanovykh splaviv z oksinitrydnymy pokryvamy v ahresyvnykh seredovyshchakh [Corrosion resistance of titanium alloys with oxynitride coatings in aggressive environments]. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv, (6), 87–92. [in Ukrainian].

Davis, J. R. (2000). Corrosion resistance of titanium and titanium alloys. ASM International. [in English].

Sutska, T., & Lomakina, I. (2023). Suchasna nauka ta osvita: stan, problemy, perspektyvy. Materialy Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii (m. Poltava, 20-21 bereznia 2023 roku) [Modern science and education: State, issues, perspectives. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference (Poltava, March 20-21, 2023)]. Dnipro: DЗ "LNU imeni Tarasa Shevchenka".[in Ukrainian].

Dutta, B., & Froes, F. H. (2017). The additive manufacturing (AM) of titanium alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 72, 96–106. [in English]. https://doi.org/10.1016/j.mprp.2016.12.062

Kapustian, O. Ye. (2018). Improving the mechanical and service properties of welded joints of sintered structural material (Author’s abstract of PhD dissertation in technical sciences). Zaporizhzhia. [in Ukrainian].

Riskin, J. (2008). Electrocorrosion and protection of metals. In J. Riskin (Ed.), Corrosion behavior investigations of titanium and its alloys in the media of electrochemical plants, taking into account the attack by anodic leakage currents (Chapter 6, pp. 79–101). Elsevier. [in English]. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53295-4.00006-5

Su, B., Wang, B., Luo, L., Wang, L., Su, Y., Wang, F., Xu, Y., Han, B., Huang, H., Guo, J., & Fu, H. (2021). The corrosion behavior of Ti–6Al–3Nb–2Zr–1Mo alloy: Effects of HCl concentration and temperature. Journal of Materials Science and Technology, 74, 143–154. [in English]. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109812

Kissel, H. (2021). Titanium powder and additive manufacturing: The perfect match. Metallurgical and Materials Transactions A, 76, 196–198. [in English]. https://doi.org/10.1016/j.mprp.2021.06.002

Lavrysy, S. M., Pohreliuk, I. M., & Shlyakhetka, K. S. (2022). Corrosion resistance of additively manufactured titanium alloys in hydrochloric acid. Physicochemical Mechanics of Materials, 5, 23–29. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.1007/s11003-023-00702-5

Nesterenkov, V. M., Matviychuk, V. A., Rusynyk, M. O., & Ovchynnikov, O. V. (2017). Application of additive electron beam technologies for manufacturing parts from VT1-0 titanium alloy powder. Avtomaticheskaya Svarka, 5, 5–10. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/as2017.03.01

Pohrelyuk, I. M., Ovchynnykov, O. V., Skrebtsov, A. S., Shvachko, K., Proskurnyak, R. V., & Lavrys, S. M. (2016). Corrosion properties of titanium obtained by the method of powder metallurgy. Materials Science, 55(5), 445–453. [in English]. https://doi.org/10.1007/s11106-016-9825-9

Xiao, Y., Dai, N., Chen, Y., Zhang, J., & Choi, S.-W. (2019). On the microstructure and corrosion behaviors of selective laser melted CP–Ti and Ti–6Al–4V alloy in Hank’s artificial body fluid. Materials Research Express, 6, Article 126521. [in English]. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab54d5

Dai, N., Zhang, L., Zhang, J., Zhang, X., Ni, Q., Chen, Y., Wu, M., & Yang, C. (2017). Distinction in corrosion resistance of selective laser melted Ti–6Al–4V alloy on different planes. Corrosion Science, 52, 730–710. [in English]. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2016.06.009

Skrebtsov, A. A., Proskurnyak, R. V., Marchenko, Y. A., Shevchenko, V. G., & Omelchenko, O. S. (2019). The effect of additive technologies on the corrosion of titanium alloys. Metallurgy and Heat Treatment of Metals, (3), 55–60. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.250619.58.323

Ovchinnikov, A. V., Basov, Yu. F., Petrik, I. A., Skrebtsov, A. A., & Marchenko, Yu. A. (2017). Realization of additive welding processes in the design and manufacture of parts for gas turbine aircraft engines. Aerospace Engineering and Technology, 7(142), 140. [in Russian].