1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физикохимия поверхности и защита материалов
  4. T. 59, № 4, 2023

Физикохимия поверхности и защита материалов, 2023, T. 59, № 4, стр. 410-423

Структура, термическая стабильность, жаростойкость и диффузионно-барьерные свойства покрытий в системе Mo–Y–Si–B

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев a, А. Д. Сытченко a, *, П. А. Логинов a, Е. А. Левашов a

a Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
119049 Москва, Ленинский проспект, 4с1, Россия

* E-mail: alina-sytchenko@yandex.ru

Поступила в редакцию 01.02.2023
После доработки 19.03.2023
Принята к публикации 31.03.2023

Аннотация

Покрытия Mo–Si–B и Mo–Y–Si–B были получены методом магнетронного напыления в режиме постоянного тока c использованием мишени 90% MoSi2 + 10% MoB, оснащенной сегментами иттрия. Состав и структура покрытий исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. Оценку диффузионно-барьерных свойств и жаростойкости проводили посредством отжигов при температурах от 700 до 1000°С. Термическая стабильность определялась при нагреве ламелей покрытий в колонне просвечивающего электронного микроскопа в режиме in-situ. По данным химического анализа, основные элементы были равномерно распределены по толщине покрытий. Скорость роста покрытий не изменялась при введении иттрия и находилась в пределах 325–350 нм/мин. Покрытие Mo–Si–B характеризовалось столбчатой структурой с зернами гексагональной фазы h-MoSi2 размером порядка 50 нм, а также незначительной объемной долей борсодержащей аморфной фазы (a-MoB). Увеличение концентрации Y до 4 ат. % привело к уменьшению размера кристаллитов h-MoSi2 до 10 нм. Покрытие, с максимальной концентрацией иттрия (7 ат. %), содержало аморфную фазу a-MoB с диспергированными в ней кристаллитами фаз h-MoSi2 и t-MoB. Введение в состав Mo–Si–B оптимального количества иттрия (4 ат. %) привело к снижению толщины оксидной пленки в 6 раз после отжигов при температуре 800°С и в 3 раза при 900–1000°С. Покрытие с максимальной концентрацией иттрия (7 ат. %) обладало наилучшими из всех исследованных образцов диффузионно-барьерными свойствами при 700–1000°С, а также по термической стабильности превосходило образец Mo–Si–B. Положительные эффекты от введения иттрия в состав покрытий были связаны с: (а) модификацией структуры, включая подавление столбчатого роста зерен, (б) переходом к структуре с большей объемной долей аморфной фазы, (в) изоляцией границ зерен и удлинением пути диффузии атомов металлов из подложки, а также, (г) образованием защитных поверхностных слоев на основе оксида иттрия при нагреве на воздухе.

Ключевые слова: магнетронное напыление, покрытия Mo–Y–Si–B, мозаичная мишень, жаростойкость, диффузионно-барьерные свойства при нагреве, in-situ просвечивающая электронная микроскопия

Список литературы

  1. Wang Q.Y. et al. // Surf. Coatings Technol. 2020. V. 402. P. 126310. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2020.126310

  2. Khorram A., Davoodi Jamaloei A., Sepehrnia R. // Optik (Stuttg). 2022. V. 264. P. 169407. https://doi.org/10.1016/J.IJLEO.2022.169407

  3. Mignanelli P.M., Jones N.G., Perkins K.M. et al. // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V. 621. P. 265–271. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2014.10.071

  4. Montazeri S., Aramesh M., Rawal S. et al. // Wear. 2021. V. 474–475. № 203759. https://doi.org/10.1016/J.WEAR.2021.203759

  5. Sato A., Chiu Y.L., Reed R.C. // Acta Mater. V. 59. № 1. P. 225–240. https://doi.org/10.1016/J.ACTAMAT.2010.09.027

  6. Tan Y. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 881. № 160581. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160581

  7. Wang T. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 879. P. 160412. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160412

  8. Xie Y., Wang M. // J. Alloys Compd. 2009. V. 480. № 2. P. 454–461. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2009.01.100

  9. Xu Y., Li W., Yang X. // Corros. Sci. 2022. V. 196. P. 110033. https://doi.org/10.1016/J.CORSCI.2021.110033

  10. Döleker K.M. et al. // Surf. Coatings Technol. 2021. V. 412. P. 127069. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2021.127069

  11. Zheng Y. et al. // J. Manuf. Process. 2022. V. 79. P. 510–519. https://doi.org/10.1016/J.JMAPRO.2022.04.070

  12. Günen A. et al. // Surf. Coatings Technol. 2017. V. 311. P. 374–382. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2016.12.097

  13. Seo D., Sayar M., Ogawa K. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 206. № 11–12. P. 2851–2858. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2011.12.010

  14. Kiryukhantsev-Korneev F.V., Novikov A.V., Sagalova T.B. et al. // Phys. Metals Metallogr. 2017. V.118. №1136–1146https://doi.org/10.1134/S0031918X17110059

  15. Lange A., Heilmaier M., Sossamann T.A., Perepezko J.H. // Surf. Coatings Technol. 2015. V. 266. P. 57–63. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2015.02.015

  16. Lu-Steffes O.J., Sakidja R., Bero J., Perepezko J.H. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 207. P. 614–619. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2012.08.011

  17. Su L., Lu-Steffes O., Zhang H., Perepezko J.H. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 337. P. 38–44. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2015.02.061

  18. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Bondarev A.V., Shtansky D.V., Levashov E.A. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015. V. 51(5). P. 794–802.

  19. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Potanin A.Y. et al. // Surf. Coatings Technol. 2020. V. 403. P. 126373. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2020.126373

  20. Terent’eva V.S., Zhestkov B.E. // Russ. J. Phys. Chem. B 2009. V. 3. № 3. P. 391–396. https://doi.org/10.1134/S1990793109030087

  21. Kudryashov A.E., Lebedev D.N., Potanin A.Y., Levashov E.A. // Surf. Coatings Technol. 2018. V. 335. P. 104–117. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2017.12.025

  22. Kiryukhantsev-Korneev P.V. et al. // Lett. Mater. 2020. V. 10. № 4. P. 371–376. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-371-376

  23. Zan X. et al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2011. V. 29. № 4. P. 505–508.

  24. Guo Z. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. № 5. P. 2153–2161.

  25. Majumdar S. et al. // Metall. Mater. Trans. A. 2013. V. 44. P. 2243–2257.

  26. Lawal J. et al. // Surface and Coatings Technology, 2017. V. 310. P. 59–69.

  27. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D. et al. // Surf. Coatings Technol. 2022. V. 442. P. 128141. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2022.128141

  28. Kiryukhantsev-Korneev F.V. // Russ. J. Non-Ferrous Met. 2014. V. 55. № 5. P. 494–504. https://doi.org/10.3103/S1067821214050137

  29. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Loginov P.A. et al. // Coatings. 2022. V. 12. P. 1570. https://doi.org/10.3390/coatings12101570

  30. Yang J. et al. // Intermetallics. 2022. V. 148. P. 107649. https://doi.org/10.1016/J.INTERMET.2022.107649

  31. Yang F. et al. // Surf. Coatings Technol. 2022. V. 445. P. 128746. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2022.128746

  32. Musil J. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 207. P. 50–65. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2012.05.073

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физикохимия поверхности и защита материалов

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал