Механосинтез карбогидридов и карбидов титана и ниобия для материалов и покрытий с высоким уровнем износостойкости.

Целью проекта являлась разработка физико-химических основ формирования твердых композиционных покрытий из карбогидридов и карбидов титана и ниобия, полученных с применением методов механосинтеза в жидких органических средах и последующего высокоскоростного лазерного спекания наноструктурных порошков. Титан, ниобий и медь были выбраны с целью замены дефицитного вольфрама и кобальта. Из порошков Ti, Ti-Cu, Nb-Cu, Ti-Cu-графит в петролейном эфире за короткое время (3-6 ч) были синтезированы порошковые композиты на основе карбогидридов титана и ниобия в наноструктурном состоянии с размером частиц от 1 мкм до 20 мкм. Для сравнения в таких же условиях были получены порошки системы W-Fe. Методами магнитно-импульсного прессования и электроискрового плазменного спекания получены компактные образцы и исследованы их фазовый состав и свойства – плотность, твердость, коэффициент трения, износостойкость, что позволило определиться с выбором систем и режимами механосинтеза порошков для нанесения покрытий. Показано, что введение меди в состав композитов на основе карбогидрида титана повышает их износостойкость - образцы практически не изнашиваются при испытаниях в режиме сухого фреттинг износа с шариками из закаленной стали. Методом высокоскоростного лазерного спекания механосинтезированных порошков получены беспористые покрытия на основе: 1) карбида титана TiC и интерметаллидов Ti-Fe; 2) карбида титана TiC и интерметаллидов Ti-Cu, Ti-Fe-Cu; 3) карбидов ниобия NbC0.75, Nb2C, (Fe,Nb)6C и меди; 4) карбидов (Fe,W)6C, (Fe,W)12C и вольфрама. Покрытия толщиной 10-40 мкм имеют градиентную структуру, прочно связаны с подложкой (железо, сталь). Твердость покрытий на основе карбида титана с медью составляет 8 ГПа, на основе карбида титана и карбида ниобия с медью - 10-11 ГПа, на основе биметаллических карбидов вольфрама - 16 ГПа. Сформированные покрытия практически не изнашиваются при испытаниях в режиме сухого фреттинг износа с шариками из закаленной стали и сплава ВК6. Коэффициенты трения в парах «покрытие на основе TiC/закаленная сталь», «покрытие на основе карбидов вольфрама/сплав ВК6» такие же, как и для пары из карбидов WC, полученных традиционным способом (0.2). А для пары «покрытие на основе карбидов W-Fe/сталь» коэффициент сухого трения (0.2) оказался в два - три раза ниже, чем в паре WC/сталь, полученных традиционным способом. Способ создания износостойких покрытий с высокой твердостью на основе карбидов титана и ниобия из порошков, полученных методом жидкофазного механосинтеза и сплавленных с поверхностью подложек методом высокоскоростного селективного лазерного спекания, предложен впервые. Преимущества предложенного способа – кратковременный процесс механосинтеза, отсутствие необходимости предварительно получать карбидные фазы, легкий и быстрый синтез биметаллических карбидов, простота введения требуемого связующего компонента на этапе механосинтеза без внесения значительного количества примесей из атмосферы, кратковременный процесс нанесения покрытий.