Структурные особенности, механические свойства, износо- и жаростойкость покрытий в системе Mo–Y–Zr–Si–B, полученных на молибдене методом магнетронного напыления в режимах DCMS и HIPIMS

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Покрытия Mo–(Y, Zr)–Si–B были получены методами магнетронного напыления постоянного тока (DCMS, direct current magnetron sputtering) и высокомощного импульсного магнетронного напыления (HIPIMS, high power impulse magnetron sputtering) с использованием композиционных мишеней MoSi2 + 10% MoB и (MoSi2 + 10% MoB) + 20% ZrB2, с расположенными в их зоне эрозии сегментами Y суммарной площадью 5 и 10 см2. Структура и состав покрытий исследовались методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и рентгенофазового анализа. Были определены твердость, модуль упругости, упругое восстановление, адгезионная прочность, стойкость покрытий к ударным циклическим и абразивным воздействиям. Жаростойкость и термическая стабильность оценивалась при нагреве покрытий до максимальной температуры 1000°C в муфельной печи и в колонне просвечивающего электронного микроскопа, соответственно. Установлено, что основу покрытия Mo–Si–B составляет фаза h-MoSi2 с текстурой в направлении [110] и размером кристаллитов 75 нм. Легирование покрытий Zr и Y, а также переход от DCMS к режиму HIPIMS, способствовали подавлению преимущественного роста кристаллитов, повышению их дисперсности и объемной доли аморфной фазы, что приводило к повышению трещиностойкости и адгезионной прочности покрытий. Применение метода HIPIMS при осаждении покрытий вызвало рост твердости и модуля упругости на 10%, стойкости к циклическим ударным воздейстивмя на 60%, абразивной стойкости на 20%, увеличению жаростойкости до 20%. Покрытия Mo–Y–Zr–Si–B оптимального состава обладали высокой термической стабильностью, – основная структурная составляющая, гексагональная фаза h-MoSi2, сохранялась в температурном диапазоне 20–1000°C, а также обеспечивали повышение жаростойкости Mo подложки более, чем в 9 раз при 1000°С.

Об авторах

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4с1

Ф. И. Чударин

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4с1

Р. А. Вахрушев

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4с1

А. Д. Сытченко

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4с1

М. И. Карпов

Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2

P. Feng

China University of Mining and Technology

Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
China, 221116, Xuzhou

Е. А. Левашов

Университет науки и технологий “МИСИС”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kiruhancev-korneev@yandex.ru
Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4с1

Список литературы

  1. Perepezko J.H. // Science. 2009. V. 326. P. 1068–1069.
  2. Su Ranran, Liu Longfei, Perepezko John H. // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2023. V. 113. P. 106199.
  3. Zhu L., Zhu Y., Ren X., Zhang P., Qiao J., Feng P. // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 375. P. 773–781.
  4. Fu T., Zhang Y., Shen F., Cui K., Chen L. // Materials Characterization. 2022. V. 192. P. 112192.
  5. Wei Li, Jinglian Fan, Yan Fan, Lairong Xiao, Huichao Cheng // J. Alloys and Compounds. 2018. V. 740. P. 711–718.
  6. Yanagihara K., Przybylski K., Maruyama T. // Oxidation of Metals. 1997. V. 47. P. 277–293.
  7. Kiryukhantsev-Korneev P.V. et al. // Russian J. Non-Ferrous Metals. V. 55 № 6. P. 645–651. https://doi.org/10.3103/S106782121406011X
  8. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Iatsyuk I.V., Shvindina N.V., Levashov E.A., Shtansky D.V. // Corrosion Science. 2017. V. 123. P. 319–327.
  9. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Sviridova T.A., Sidorenko D.A., Andreev N.V., Klechkovskaya V.V., Polčak J., Levashov E.A. // Surface and Coatings Technology. 2022. V. 442. P. 128141.
  10. Won June Choi et al. // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2019. V. 80. P. 238–242,
  11. Zilong Wu, Kanglu Feng, Jiangbo Sha, Chungen Zhou // Progress in Natural Science: Materials International. 2022. V. 32. № 6. P. 752–757.
  12. Kiryukhantsev-Korneev F.V., Sytchenko A.D., Vakhrushev R.A. et al. // Phys. Atom. Nuclei. 2022. V. 85. P. 2088–2091.
  13. Zhestkova B.E., Terent’eva V.S. // Russian Metallurgy (Metally). 2010. V. 1. P. 33–40.
  14. Pang J., Blackwood D.J. // Corr. Sci. 2016. V. 105. P. 17–24.
  15. Totemeier T.C., Wright R.N., Swank W.D. // Intermetallics. 2004. V. 12. № 12. P. 1335–1344.
  16. Zhang Y., Li H., Ren J., Li K. // Corr. Sci. 2013. V. 72. P. 150–155.
  17. Kuznetsov S.A., Rebrov E.V., Mies M.J.M., de Croon M.H.J.M., Schouten J.C. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 971–978.
  18. Kudryashov A.E et al. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 335. P. 104–117.
  19. Zhu L., Chen P., Cai Z., Feng P., Kang X., Akhtar F., Wang X. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2022. V. 32. № 3. P. 935–946.
  20. Lange A., Heilmaier M., Sossamann T.A., Perepezko J.H. // Surface and Coatings Technology. 2015. V. 266. P. 57–63.
  21. Perepezko J.H., Sossaman T.A., Taylor M. // J. Them. Spray Tech. 2017. V. 26. P. 929–940.
  22. Ritt P., Sakidja R., Perepezko J.H. // Surf. Coat. Technol. 2012. V. 206. P. 4166–4172.
  23. Shtansky D.V. et al. // Surface and Coatings Technology. 2012. V. 208. P. 14–23.
  24. Kukla R. // Surf. Coat. Technol. 1997. V. 93. № 1. P. 1–6.
  25. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Horwat D., Pierson J.F., Levashov E.A. // Tech. Phys. Lett. 2014. V. 40. P. 614–617.
  26. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sheveyko A.N., Vorotilo S.A., Levashov E.A. // Ceramics International. 2020. V. 46. № 2. P. 1775–1783.
  27. Helmersson U., Lattemann M., Bohlmark J., Ehiasarian A.P., Gudmundsson J.T. // Thin Solid Films. 2006. V. 513. P. 1–24.
  28. Xie Dong, Wei L.J., Liu H.Y., Zhang K., Leng Y.X., Matthews D.T.A., Ganesan R., Su Y.Y. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 442. 128192.
  29. Lattemann M., Ehiasarian A.P., Bohlmark J., Persson P.Å.O., Helmersson U. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. P. 6495–6499.
  30. Kiryukhantsev-Korneev F.V. // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2014. V. 55. P. 494–504. https://doi.org/10.3103/S1067821214050137
  31. Veprek S. et al. // Thin Solid Films. 2005. V. 476. P. 1–29.
  32. Fischer-Cripps A.C. et al. // Surface and Coatings Technology. 2006. V. 200. P. 5645–5654.
  33. Zawischa M., Azri M.M., Supian B.M., Makowski S., Schaller F., Weihnacht V. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 415. P. 127118.
  34. Musil J. // Research signpost. 2008. P. 1–35.
  35. Shtansky D.V. et al. // Phys. Solid State. 2006. V. 48. P. 1301–1308.
  36. Tayebi N., Polycarpou A.A., Conry T.F. // J. Materials Research. 2004. V. 19. P. 1791–1802. https://doi.org/10.1557/JMR.2004.0233
  37. Li J., Beres W. // Canadian Metallurgical Quarterly. 2007. V. 46:2. P. 155–173. https://doi.org/10.1179/cmq.2007.46.2.155
  38. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sheveiko A.N., Petrzhik M.I. // Prot Met Phys Chem Surf. 2019. V. 55. P. 502–510.
  39. Schwarzer N., Duong Q.-H., Bierwisch N., Favaro G., Fuchs M., Kempe P., Widrig B., Ramm J. // Surface and Coatings Technology. 2011. V. 206(6). P. 1327–1335. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.08.051
  40. Leyland A., Matthews A. // Wear. 2000. V. 246. P. 1.
  41. Mustafa M.M.B., Umehara N., Tokoroyama T., Murashima M., Shibata A., Utsumi Y., Moriguchi H. // Tribology Online. 2019. V. 14. № 5. P. 388–397.
  42. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Pierson J.F., Bychkova M.Y. et al. // Tribol. Lett. 2016. V. 63. P. 44.
  43. Chen J., Bull S. // J. Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44(3). P. 34001.
  44. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Potanin A.Yu., Vorotilo S.A., Levashov E.A. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 403. P. 126373.
  45. Beake B.D. // Surface and Coatings Technology. 2022. V. 442. P. 128272. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128272
  46. McMaster S.J., Kosarieh S., Liskiewicz T.W., Neville A., Beake B.D. // Tribology International. 2023. V. 185. P. 108524. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108524

© Ф.В. Кирюханцев-Корнеев, Ф.И. Чударин, Р.А. Вахрушев, А.Д. Сытченко, М.И. Карпов, P. Feng, Е.А. Левашов, 2023