| 2026 №02 (04) |
DOI of Article 10.37434/as2026.02.05 |
2026 №02 (06) |
Журнал «Автоматичне зварювання», № 2, 2026, с. 39-46
Формування покриттів, що містять мах-фази, в умовах газотермічних методів напилення порошку системИ TiC-TiH2-Al
Н.В. Вігілянська1, Т.В. Цимбаліста1, О.П. Грищенко1, І.О. Козьяков1, О.Й. Гудименко2
1ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул Казимира Малевича, 11. Е-mail: pewinataliya@gmail.com2Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. 02000, м. Київ, пр. Науки, 45. Е-mail: gudymen@ukr.net
У роботі досліджено формування покриттів при плазмовому напиленні (ПН) та високошвидкісному газополуменевому напиленні (ВШГПН) з використанням порошку системи TiH2-Al-TiC. Композиційний порошок було отримано шляхом обробки порошкової суміші вихідних компонентів TiH2, Al і TiC у планетарному млині протягом 5 год, у результаті чого формуються конгломератні частинки з розміром <40 мкм. Отриманий композиційний порошок містить вихідні компоненти суміші та продукти їхньої взаємодії – алюмінід титану Ti3Al, карбід МАХ-фази (Ti3AlC, Ti2AlC). Покриття, отримані методами плазмового та високошвидкісного газополуменевого напилення, досліджували з використанням рентгенофазового аналізу, оптичної мікроскопії та мікродюрометрії. Встановлено, що при плазмовому напиленні фазовий склад одержаного покриття суттєво відрізняється від МХС-порошку, який напилювався. У покритті залишається фаза TiC, але в меншій кількості, ніж у вихідному порошку, і присутня фаза TiCN, яка утворилась при взаємодії атомів азоту з TiC у процесі проходження порошку через плазмовий струмінь частинок порошку та контактом із газовим середовищем. Піків Al, МАХ-фази Ti2AlC і карбіду Ti3AlC на рентгенограмі не виявлено, що, вочевидь, пов’язано з інтенсивним окисненням частинок порошку з утворенням оксиду титану TiO2 двох модифікацій (рутил та анатаз) та оксиду алюмінію Al2O3. У покритті присутні фази Ti3Al та TiH2 у незначній кількості, які наявні у вихідному МХС-порошку. Плазмове покриття має ламелярну світлу структуру з порожнечами у вигляді викришувань (11 %) та містить нерозплавлені дрібні частинки порошку. При високошвидкісному газополуменевому напиленні фазовий склад покриття несуттєво відрізняється від фазового складу вихідного порошку, покриття успадковує фазовий склад вихідного МХС-порошку, оскільки нових сполук, крім оксидів, не утворюється. Структура покриття – тонколамелярна зі світлими металевими й сірими оксидними прошарками та з невеликою кількістю нерозплавлених частинок із пористістю (~2 %). Мікротвердість покриттів системи TiC-TIH2-Al складає 5400 ± 1060 МПа для ПН-покриття та 3710 ± 950 МПа для ВШГПН-покриття. Бібліогр. 23, табл. 2, рис. 4.
Ключові слова: покриття, плазмове напилення, високошвидкісне газополуменеве напилення, МАХ-фаза, механохімічний сиснтез, фазовий склад, структура, мікротвердість
Отримано 22.05.2025
Отримано у переглянутому вигляді 24.11.2025
Підписано до друку 10.04.2026
Оприлюднено 11.04.2026
Список літератури
1. Rahaei, M.B., Jia, D., Rahaei, M., Ghodrati, H. (2017) Manufacturing of high volume fraction of Ti3AlC2-Ti2AlC metallic ceramics as nano-multilayered structures through high energy milling, hot pressing and liquid phase sintering. Materials Characterization, 128, 176–183. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.01.0332. Pietzka, M.A., Schuster, J.C. (1994) Summary of constitutional data on the Aluminum-Carbon-Titanium system. J. Phase Equilib., 15, 392–400. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02647559
3. Wang, X.H., Zhou, Y.C. (2010) Layered machinable and electrically conductive Ti2AlC and Ti3AlC2 ceramics: a review. J. Mater. Sci. Technol., 26(5), 385–416 https://doi.org/10.1016/S1005-0302(10)60064-3
4. Zou, Y., Sun, Zh., Tada, Sh., Hashimoto, H. (2007) Rapid synthesis of single-phase Ti3AlC2 through pulse discharge sintering a TiH2/Al/TiC powder mixture. Scripta Materialia, 56, 725–728. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.01.026
5. Li, L., Zhou, A., Xu, L. et al. (2013) Synthesis of high pure Ti3AlC2 and Ti2AlC powders from TiH2 powders as Ti Source by Tube furnace. J. of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 28, 882–887. DOI: https://doi.org/10.1007/s11595-013-0786-2
6. Старостіна А.В., Пріхна Т.А., Свердун В.Б. та ін. (2013) Стійкість до високотемпературного окиснення матеріалів на основі МАХ-фаз систем Ti-Al-(C, N). Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, 22, 103–107. http://www.materials.kiev.ua/article/1821
7. Старостіна А.В., Пріхна Т.А., Осадчий А.В., та ін. (2011) Дослідження демпфуючих властивостей матеріалів на основі МАХ фази Ti3AlC2. Сучасні проблеми фізичного матеріалознавства, 20, 73–79. http://www.materials.kiev. ua/article/2052
8. Івасишин А.Д., Осташ О.П., Пріхна Т.О. та ін. (2015) Вплив технологічних середовищ на механічні і фізичні властивості матеріалів для паливних комірок. Фізико-хімічна механіка матеріалів, 2, 7–15.
9. Zou, Y., Sun, Zh., Hashimoto, H., Cheng, L. (2009) Synthesis reactions for Ti3AlC2 through pulse discharge sintering TiH2/ Al/C powder mixture. J. of Alloys and Compounds, 468(1-2), 217–221. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.01.062
10. Yang, J., Liao, C., Wang, J., et al. (2014) Reactive synthesis for porous Ti3AlC2 ceramics through TiH2, Al and graphite powders. Ceramics International, 40, 6739–6745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.11.136
11. Yang, J., Liao, C., Wang, J. et.al. (2014) Effects of the Al content on pore structures of porous Ti3AlC2 ceramics by reactive synthesis. Ceramics International, 40(3), 4643–4648. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.004
12. Chen, W., Tang, J., Shi, X. et al. (2020) Synthesis and formation mechanism of high-purity Ti3AlC2 powders by microwave sintering. Int. J. Appl. Ceram. Technol., 17, 778–789. DOI: https://doi.org/10.1111/ijac.13452
13. Yeh, C.-L., Chen, Y.-T. (2025) Effects of TiC, TiH2, Al, and carbon on production of Ti3AlC2 by self-sustaining combustion synthesis. Materials, 18(6), 1293. DOI: https://doi.org/10.3390/ma18061293
14. Shahin, Sh., Kazemi, A. (2016) Mechanochemical synthesis mechanism of Ti3AlC2 MAX phase from 5 elemental powders of Ti, Al and C/N. Advanced Powder Technolog, 27(4), 1775–1780. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.06.008
15. Zhu, J., Gao, J., Yang, J. et al. (2008) Synthesis and microstructure of layered-ternary Ti2AlC ceramic by high energy milling and hot pressing. Materials Science and Engineering A, 490(1-2), 62–65. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.017
16. Zakeri, M, Rahimipour, M.R., Sadrnezhad, S.K. (2011) Study on feasibility of Ti3AlC2 synthesis by mechanical alloying and heat treatment. Powder Metallurgy, 54(3), 273–277. DOI: https://doi.org/10.1179/174329009X457081
17. Li, Sh.-B., Zhai, H.-X., Bei, G.-P. et al. (2007) Synthesis and microstructure of Ti3AlC2 by mechanically activated sintering of elemental powders. Ceramics International, 33(2), 169–173. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.07.024
18. Eklund, P., Becker, M., Jansson, U. et al. (2010) The Mn+1AXn phases: Materials science and thin-film processing. Thin Solid Films, 518(8), 1851–1878. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.07.184
19. Вігілянська Н., Янцевич К., Олевська Л. та ін. (2024) Формування покриттів на основі МАХ-фази Ti3SiC2 в умовах газотермічних методів нанесення (Огляд). Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського, 4 (147), 135–142. DOI: https://doi.org/10.32782/1995-0519.2024.4.17
20. Zhang, Z., Lim, S. H., Chai, J. et al. (2017) Plasma spray of Ti2AlC MAX phase powders: Effects of process parameters on coatings properties. Surface and Coatings Technology, 325, 429–436. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.07.006
21. Frodelius, J., Sonestedt, M., Björklund, S. et al. (2008) Ti2AlC coatings deposited by High Velocity Oxy-Fuel spraying. Surface and coatings technology, 202(24), 5976–5981. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.06.184
22. Sonestedt, M., Frodelius, J., Palmquist, J.-P. et al. (2010) Microstructure of high velocity oxy-fuel sprayed Ti2AlC coatings. J. of Materials Science, 45(10), 2760–2769. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-010-4263-4
23. Yu, H., Suo, X., Gong, Y. et al. (2016) Ti3AlC2 coatings deposited by liquid plasma spraying. Surface and Coatings Technology, 299, 123–128. DOI: https://doi.org/10.1016/j. surfcoat.2016.04.076