Page 13 - Zmist-n2-2015

дібно до сплавів Crofer, величина ∆m i/S теж зростає упродовж перших 250 h і різ-
ко знижується за наступних 250 h (рис. 6, крива 3). Проте тут окиснення інтен-
сивніше, оскільки з середовищем взаємодіє і зовнішня поверхня зразка, і частко-
во поверхні пор (рис. 7c), через що величина ∆m i/S зростає, досягаючи максимуму
при 250 h, коли приповерхневі пори “заліковуються” оксидною плівкою. Тому за
подальшого витримування до 1000 h значення ∆m i/S залишається близьким до
нуля, що свідчить про високу жаростійкість цього матеріалу. Подібне залікову-
вання дефектів у матеріалі цього класу зафіксували також інші дослідники, зок-
рема, продемонстровано [21] “заліковування” тріщини оксидною плівкою, яка
складається з частинок Al 2O 3 і TiO 2.

Рис. 7. Структура пор у матеріалах варіантів № 1 (a, b),
2 (c) і 3 (d) біля поверхні (a, c, d) і в об’ємі (b) після
витримування при 600°С у повітрі упродовж 1000 h.
Fig. 7. Structure of pores of materials variant № 1 (a, b),
2 (c) and 3 (d) modification near the surface (a, c, d)
and in the bulk of material (b) after exposure at 600°С
in air for 1000 h.

Додаткове легування ніобієм (варіант № 3) посприяло різкому (майже на по-
рядок) зниженню значення ∆m i/S вже на початковому етапі окиснення (рис. 6,
2
крива 4 проти кривої 3). Після витримування 500 h воно знизилось до 0,013 mg/cm
і в подальшому мало змінювалось до кінця випробувань, що зумовлено утворен-
ням щільної поверхневої оксидної плівки (рис. 7d). Відомо, що залежно від вміс-
ту ніобію жаростійкість титанових сплавів змінюється за параболічним законом
[22, 23]. Коли його вміст незначний і в оксидній плівці він знаходиться у твердо-
му розчині TiO 2, вона підвищується [23], а зі збільшенням його вмісту, коли до-
датково утворюються оксиди TiNb 2O 7 і AlNbO 4, знижується. Ніобій сповільнює
масоперенос в окалині і його захисна дія ефективніша, ніж блокувальна плівки
Al 2O 3 [23]. Очевидно, саме цей механізм сприяє підвищенню жаростійкості спла-
ву Ti 3AlC 2–Nb.
Таким чином, у всіх досліджених матеріалах, якщо t ≤ 500 h, протікає попе-
реднє окиснення, після чого значення ∆m i/S стабілізується. Для скорочення цього
періоду заздалегідь окиснювали матеріал варіанта № 2 при 1200°С упродовж 2 h.
Далі при 600°С на всіх етапах випробування зміна величини ∆m i/S не перевищу-
2
вала 0,05 mg/cm (рис. 6, крива 5).
Встановили, що у вихідному стані всі досліджувані матеріали мають близькі
6
значення електропровідності (1,65…2,7·10 S/m), які є достатньо високими, щоб
забезпечити надійну роботу ТОПК. Порівнюючи отримані результати, виявили
(рис. 8), що матеріали на основі МАХ-фази Ti 3AlC 2 варіантів № 2 і 3 мають вищу
міцність у досліджуваних середовищах, ніж сплав Crofer JDA, і слабо чутливі до
впливу високої температури і водню (гістограми 1–3). Вони суттєво переважають
його також за опором окиснюванню після витримування при 600°С упродовж
1000 h (гістограми 4). Для ТОПК, зокрема аерокосмічного і автомобілебудівного

12