Thermodynamic preconditions of the titanium compounds formation with interstitial elements (C, N, O, B) depending on temperature and pressure of gaseous medium

Abstract

Титан належить до легких металів, які внаслідок низької питомої густини та низького модуля пружності мають значні переваги при використанні в автомобільній та авіаційній промисловостях. Застосування методів інженерії поверхні дозволяє розширити сфери використання титанових сплавів, забезпечити надійність та роботоздатність виробів з них, суттєво підвищити економічність їх експлуатації. Проведення попередніх термодинамічних розрахунків у системі «Ti-C-N-O-B» дозволить оптимізувати вибір схем та режимів обробок для формування тих чи інших сполук на метал, що підтверджує актуальність теми даної роботи. Наведено результати термодинамічного аналізу ймовірності утворення хімічних сполук у системі «Ti-C-N-O-B». Проведено ранжування утворення хімічних реакцій залежно від температури (Т = 100…1200°С) й тиску повітря (Р = 1,33∙10-8…1∙105 Pа). Показано, що найактивніше титан буде взаємодіяти з киснем, утворюючи твердий розчин втілення з подальшим утворенням оксидів. Наступними за ймовірністю будуть утворюватися нітриди, потім карбіди і до температури Т = 900°С – бориди титану. Виявлено, що вище температури Т = 900°С сполука TiB утворюватися не повинна, може відбуватися лише дифузійне насичення титану бором. Показано, що за контакту B2O3 та B2O2 з титаном ці оксиди будуть розпадатися й утворювати відповідно оксиди титану та бориди титану. За контакту титану з нітридом бору ймовірно буде відбуватися його дисоціація та утворення нітриду титану й бориду титану. Карбід бору B4C за контакту з титаном буде виступати як донор бору та вуглецю, а вище Р = 700°С він буде розкладатися на бор та вуглець. Зниження тиску повітря зменшує ймовірність утворення сполук, що містять кисень та азот. За температури Т = 800°С існуюча сполука B2O2 буде розкладатися і не буде утворюватися за тиску нижче Р = 1,33∙103 Pа. Подібна ситуація складеться для B2O3 за температури Т = 1000°С – ця сполука не може утворюватися за тиску нижче Р = 0,133 Pа. Зниження тиску до Р = 1,33 Pа за температури Т = 1000°С призводить до збільшення ймовірності утворення TiC ніж TiN. Доставляння бору через газову фазу оксиду B2O3 стає ймовірним вище температури Т = 950°С, коли тиск його насиченої пари стає вищим за Р = 1,33∙10-3 Pа.