Исследователи НИТУ МИСИС, Хэнаньской академии наук, а также Китайского горно-технологического университета разрабатывают покрытия, которые в десятки раз увеличат срок службы теплонагруженных узлов для энергетической промышленности и машиностроения. В основе покрытий — бориды и силициды циркония и молибдена, устойчивые к окислению. Нанесённый слой боросиликатного стекла образует эффект самозалечивания дефектов и трещин.
«В системе Mo—Si—B имеется уникальная керамическая Т2-фаза состава Mo5SiB2, обладающая высокой жаропрочностью, но недостаточной стойкостью к окислению. Эту проблему могут решить многокомпонентные покрытия, продлевающие срок службы материала», — отметил д.т.н. Филипп Кирюханцев-Корнеев, заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН.
Для получения материала-прекурсора использовалась эффективная СВС-технология, основанная на экзотермической реакции, протекающей в режиме горения с образованием гетерофазных продуктов, а для формирования покрытий — метод магнетронного напыления.
В исследовании, опубликованном в научном журнале «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия», с помощью магнетронного напыления на постоянном токе (режим DCMS) и в высокомощном импульсном режиме (HIPIMS) ученые получили покрытия в системе Zr—Mo—Si—B. Режим DCMS позволил нанести бездефектные покрытия на детали сложной формы, а HIPIMS, за счет увеличения плотности плазмы, сделал защитный слой более прочным, износостойким и жаростойким.
«Покрытия, которые были получены методами DCMS и HIPIMS, имеют плотную структуру с низким уровнем дефектов и равномерным распределением элементов. Они продемонстрировали высокую стойкость к окислению при температурах вплоть до 1500°C. Переход от режима DCMS к HIPIMS позволил снизить глубину окисления на 16-21%», — рассказал д.т.н., проф. Евгений Левашов, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий, директор НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН.
Кроме того, с помощью магнетронного распыления получено жаростойкое покрытие состава Mo30Si60B10 на керамической подложке из T2-фазы. Результаты испытаний показали, что повышенное содержания кремния сделало покрытие подходящим для защиты молибденовых сплавов от окисления при температурах до 1700°C. Скорость окисления уменьшилась в десятки раз. Результаты исследования подробно описаны в научном журнале Open Ceramics (Q2).
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №
и Национального научного фонда Китая (проект № 52261135546).
