1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физикохимия поверхности и защита материалов
  4. T. 59, № 5, 2023

Физикохимия поверхности и защита материалов, 2023, T. 59, № 5, стр. 546-558

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

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев a, *, Ф. И. Чударин a, Р. А. Вахрушев a, А. Д. Сытченко a, М. И. Карпов b, P. Feng c, Е. А. Левашов a

a Университет науки и технологий “МИСИС”
119049 Москва, Ленинский проспект, 4с1, Россия

b Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук
142432 Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2, Россия

c China University of Mining and Technology
221116 Xuzhou, China

* E-mail: kiruhancev-korneev@yandex.ru

Поступила в редакцию 18.05.2023
После доработки 20.06.2023
Принята к публикации 22.06.2023

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.

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

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