Структура та зносостійкість дуплексних нітридних покриттів на титановому сплаві ВТ9
DOI:
https://doi.org/10.32515/2664-262X.2026.13(44).128-133Ключові слова:
титановий сплав, дифузійне азотування, йонно-плазмове покриття, структура, мікротвердістьАнотація
Досліджено структуру, мікротвердість та схильність до сколювання дуплексних покриттів на титановому сплаві ВТ9. Структура дуплексного покриття складається із дифузійного азотованого підшару та основного йонно-плазмового шару (Physical Vapor Deposition PVD) нітриду титану (надалі PVD TiN) або нітриду цирконію (PVD ZrN). Мікротвердість покриттів PVD, напилених на попередньо азотовані титанові зразки, є значно вищою ніж без азотованого підшару. Фазовим аналізом встановлено, що дифузійний азотований шар це твердий розчин азоту у титані без фазової плівки, а головною складовою PVD шару є нітрид титану TiN, або нітрид цирконію ZrN. Результати спектрального аналізу підтвердили, що PVD шари переважно містять титан, або цирконій та азот з незначною кількістю алюмінію у вигляді домішок. Встановлено, що азотований підшар суттєво зменшує схильність до утворення відколів обох дуплексних покриттів (азотований підшар + PVD TiN і азотований підшар + PVD ZrN) та на два порядки підвищує зносостійкість титанового сплаву.
Посилання
Список літератури
1. Budinski, K.G. (1991) Tribological properties of titanium alloys. Wear, 2 (151), 203-217.
2. Bansal, D.G., Eryilmaz, O.L., & Blau, P.J. (2011) Surface engineering to improve the durability and lubricity of Ti-6Al-4V alloy. Wear, 271, 2006-2015. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.11.021
3. Bell, T., Dong, H., & Sun, Y. (1998) Realizing the potential of duplex surface engineering. Tribology International, 1-3 (31), 127-137. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(98)00015-2
4. Bansal, D.G., Kirkham, M., & Blau, P.J. (2013) Effects of combined diffusion treatments and cold working on the sliding friction and wear behavior of Ti-6Al-4V. Wear, 302, 837-844. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.01.034
5. Marin, E., Offoiach, R., Regis, M., Fusi, S., Lanzutti, A., & Fedrizzi, L. (2016) Diffusive thermal treatments combined with PVD coatings for tribological protection of titanium alloys. Materials and Design, 89, 314-322. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.10.011
6. Pohrelyuk, I.M., Fedirko, V.M. & Dovhunyk, V.M. (2000) Influenceof nitriding and oxidation on the wear of titanium alloys. Materials Science, 3 (36), 466-471. [in Ukrainian] http://dx.doi.org/10.1007/BF02769614
7. Łępicka, M. & Grądzka-Dahlke, M. (2016) Surface modification of Ti6Al4V titanium alloy for biomedical applications and its effect on tribological performance - a review. Rev. Adv. Mater. Sci., 46, 86-103. https://doi.org/10.1007/s11003-018-0153-8
8. Baptista A., Silva F. J. G., Porteiro J., Míguez J. & Pinto G. Sputtering physical vapour deposition (PVD) coatings: A critical review on process improvement and market trend demands, Coating, 2018, 8(11), 402 https://doi.org/10.3390/coatings811040
9. Pohrelyuk I. M., Student M. M., Zadorozhna Kh. R., Lavrys S., Kravchyshyn T. M., Kovalchuk I.V. Tribological characteristics of titanium after combined treatment, Materials Science, 2024, 59(6), 1-8. DOI:10.1007/s11003-024-00836-0
10. Tkachuk O. V., Hvozdetskyi V. M., Student M. M., Zadorozhna Kh. R., Kovalchuk I. V., Pohrelyuk I. M. Structural features and wear resistance of the TiAlN coating on the Ti–6Al–4V alloy formed by combining electric arc spraying and gas nitriding methods, Materials Science, 2025, 60(4), 453–461. DOI:10.1007/s11003-025-00905-y
References
1. Budinski, K.G. (1991) Tribological properties of titanium alloys. Wear, 2 (151), 203-217.
2. Bansal, D.G., Eryilmaz, O.L., & Blau, P.J. (2011) Surface engineering to improve the durability and lubricity of Ti-6Al-4V alloy. Wear, 271, 2006-2015. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.11.021
3. Bell, T., Dong, H., & Sun, Y. (1998) Realizing the potential of duplex surface engineering. Tribology International, 1-3 (31), 127-137. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(98)00015-2
4. Bansal, D.G., Kirkham, M., & Blau, P.J. (2013) Effects of combined diffusion treatments and cold working on the sliding friction and wear behavior of Ti-6Al-4V. Wear, 302, 837-844. https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.01.034
5. Marin, E., Offoiach, R., Regis, M., Fusi, S., Lanzutti, A., & Fedrizzi, L. (2016) Diffusive thermal treatments combined with PVD coatings for tribological protection of titanium alloys. Materials and Design, 89, 314-322. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.10.011
6. Pohrelyuk, I.M., Fedirko, V.M. & Dovhunyk, V.M. (2000) Influenceof nitriding and oxidation on the wear of titanium alloys. Materials Science, 3 (36), 466-471. [in Ukrainian] http://dx.doi.org/10.1007/BF02769614
7. Łępicka, M. & Grądzka-Dahlke, M. (2016) Surface modification of Ti6Al4V titanium alloy for biomedical applications and its effect on tribological performance - a review. Rev. Adv. Mater. Sci., 46, 86-103. https://doi.org/10.1007/s11003-018-0153-8
8. Baptista A., Silva F. J. G., Porteiro J., Míguez J. & Pinto G. Sputtering physical vapour deposition (PVD) coatings: A critical review on process improvement and market trend demands, Coating, 2018, 8(11), 402 https://doi.org/10.3390/coatings811040
9. Pohrelyuk I. M., Student M. M., Zadorozhna Kh. R., Lavrys S., Kravchyshyn T. M., Kovalchuk I.V. Tribological characteristics of titanium after combined treatment, Materials Science, 2024, 59(6), 1-8. DOI:10.1007/s11003-024-00836-0
10. Tkachuk O. V., Hvozdetskyi V. M., Student M. M., Zadorozhna Kh. R., Kovalchuk I. V., Pohrelyuk I. M. Structural features and wear resistance of the TiAlN coating on the Ti–6Al–4V alloy formed by combining electric arc spraying and gas nitriding methods, Materials Science, 2025, 60(4), 453–461. DOI:10.1007/s11003-025-00905-y
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 М. М. Студент, О. Г. Лук’яненко, Х. Р. Задорожна, С. І. Маркович, Гвоздецький, О. З. Студент
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
