Исследование стойкости к высокотемпературной газовой и солевой коррозии жаропрочного интерметаллидного титанового сплава ВТИ-4

Исследована стойкость образцов жаропрочного интерметаллидного титанового сплава ВТИ-4 к высокотемпературной газовой и солевой коррозии путем проведения лабораторных ускоренных циклических испытаний в воздушной среде, среде NaCl и смеси Na₂SO₄ с NaCl. При испытаниях в воздушной атмосфере сплава ВТИ-4 коррозия имеет химическую природу, кинетика удельного изменения массы --- псевдопараболический характер. После циклических испытаний в среде NaCl при температуре 700 °С на поверхности сплава ВТИ-4 образуется пленка, состоящая из двух слоев: смеси оксидов Al₂O₃ с (Ti, Nb)O₂ и слоя (Ti, Nb)O₂. В среде NaCl + Na₂SO₄ при температурах 650 и 700 °С на поверхности сплава наряду с оксидами возможно образование пленки из жидкого ионного проводника и коррозия приобретает преимущественно электрохимическую природу и язвенный характер. Очагами язв являются глобулярные частицы ортофазы. Выявлено, что глубина язв в сплаве после испытания в среде Na₂SO₄ + NaCl при температурах 650 и 700 °С в 2 раза больше, чем в среде NaCl при температуре 700 °С. При температурах 650 °С в смеси Na₂SO₄ с NaCl и 700 °С в среде NaCl и смеси Na₂SO₄ с NaCl удельное изменение массы приобретает отрицательные значения, что связано с отслаиванием и осыпанием оксидной пленки при теплосменах. Значение скорости коррозии сплава ВТИ-4 в среде Na₂SO₄ + NaCl при температуре 650 °С ниже, чем у никелевых сплавов ВВ751П и ВЖ175-ИД

Литература

[1] Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S, с. 7--17.

[2] Каблов Е.Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки --- основа инноваций. Крылья Родины, 2016, № 5, с. 8--18.

[3] Каблов Е.Н. ВИАМ: материалы нового поколения для ПД-14. Крылья Родины, 2019, № 7-8, с. 54--58.

[4] Каблов Е.Н., ред. Интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля. М., ВИАМ, 2018.

[5] Каблов Е.Н., Ночовная Н.А., Панин П.В. и др. Исследование структуры и свойств жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана с микродобавками гадолиния. Материаловедение, 2017, № 3, с. 3--10.

[6] Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Панин П.В. и др. Технологическая пластичность, структура и фазовый состав опытного титанового ортосплава, содержащего 13 % (по массе) алюминия. Труды ВИАМ, 2015, № 12. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-12-8-8

[7] Кашапов О.С., Новак А.В., Ночовная Н.А. и др. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД. Труды ВИАМ, 2013, № 3. URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=20

[8] Новак А.В., Алексеев Е.Б., Иванов В.И. и др. Изучение влияния параметров закалки на структуру и твердость интерметаллидного титанового ортосплава ВТИ-4. Труды ВИАМ, 2018, № 2. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-2-5-5

[9] Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Новак А.В. и др. Деформируемый интерметаллидный титановый ортосплав, легированный иттрием. Часть 1. Исследование микроструктуры слитка и построение реологических кривых. Труды ВИАМ, 2018, № 6. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-6-12-21

[10] Дзунович Д.А., Алексеев Е.Б., Панин П.В. и др. Структура и свойства листовых полуфабрикатов из деформируемых интерметаллидных титановых сплавов разных классов. Авиационные материалы и технологии, 2018, № 2, с. 17--25.

[11] Berdovsky Ya.N., ed. Intermetallics Research Progress. NY-USA, Nova Science Publishers. Inc., 2008.

[12] Clemens H., Mayer S. Design, processing, microstructure, properties, and applications of advanced intermetallic TiAl alloys. Adv. Eng. Mater., 2013, vol. 15, no. 4, pp. 191--215. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.201200231

[13] Kim Y.W., Kim S.L. Keynote lecture at Gammalloys technology 2017. GAT, 2017, vol. 10, pp. 220--250.

[14] Захарова Л.В. Влияние кислорода воздуха и толщины солевых отложений на коррозионное растрескивание титановых сплавов при высоких температурах в контакте с NaCl. Труды ВИАМ, 2014, № 10. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2014-0-10-12-12

[15] Захарова Л.В. Анодно-оксидное покрытие --- защита титановых сплавов от горячесолевой коррозии. Труды ВИАМ, 2015, № 10. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-10-2-2

[16] Медведев И.М., Никитин Я.Ю., Пузанов А.И. и др. Методы испытаний жаропрочных сплавов на стойкость к сульфидно-оксидной коррозии (обзор). Труды ВИАМ, 2018, № 11. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-11-93-100

[17] Захарова Л.В. Влияние химического состава, термической обработки и структуры на стойкость титановых сплавов к растрескиванию от горячесолевой коррозии. Труды ВИАМ, 2016, № 9. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-9-11-11

[18] Godlewska E., Mitoraj M., Leszczynska K. Hot corrosion of Ti--46Al--8Ta (at. %) intermetallic alloy. Corros. Sc., 2014, vol. 78, pp. 63--70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2013.08.032

[19] Yao Z., Marek M., NaCl-induced hot corrosion of a titanium aluminide alloy. Mat. Sc. Eng. A, 1995, vol. 192-193, pp. 994--1000. DOI: https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)03345-9

[20] Basuki E., Mohammad F., Fauzi A., et al. Hot corrosion of aluminide coated Ti--Al--Cr--Nb--Zr--Y intermetallic alloys. Adv. Mat. Res., 2007, vol. 1112, pp. 363--366. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1112.363

[21] Zhao W., Xu B., Ma Y., et al. Inter-phase selective corrosion of γ-TiAl alloy in molten salt environment at high temperature. Prog. Nat. Sc., 2011, vol. 21, no. 4, pp. 322--329. DOI: https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60064-1

[22] Qian Y., Li X., Li M., et al. Hot corrosion of modified Ti₃Al-based alloy coated with thin Na₂SO₄ film at 910 and 950 °C in air. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2017, vol. 27, no. 4, pp. 954−961. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60111-0

[23] Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М., Металлургия, 1994.

[24] Xiang J.M., Mi G.B., Qu S.J., et al. Thermodynamic and microstructural study of Ti₂AlNb oxides at 800 °C. Sc. Rep., 2018, vol. 8, art. 12761. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-31196-w

[25] Choudhury N.S., Graham H.C., Hinze J.W. Properties of high temperature alloys with emphasis on environmental effects. Proc. Symp. Properties of High Temperature Alloys. The Electrochemical Society, 1976, pp. 668--680.

[26] Shida Y., Anada H. Role of W, Mo, Nb and Si on oxidation of TiAl in air at high temperatures. Mater. Trans., 1994, vol. 35, no. 9, pp. 623--631. DOI: https://doi.org/10.2320/matertrans1989.35.623