Одержання покриттів MoSi2, ZrB2–SiC з плазми вакуумно-дугового розряду

С. Ю. Тесля$^{1}$, М. А. Тесля$^{1}$, П. І. Лобода$^{1}$, В. М. Надтока$^{2}$, І. О. Гусарова$^{2}$, В. С. Краєва$^{2}$, Д. С. Леонов$^{3}$, Ю. І. Богомол$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$ДП «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля»», вул. Криворізька, 3, 49008 Дніпро, Україна
$^{3}$Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, 04070 Київ, Україна

Отримано: 05.05.2026; остаточний варіант - 13.05.2026. Завантажити: PDF

У роботі досліджено можливість одержання жаростійких покриттів MoSi2 та ZrB2–10SiC на ніобійових підкладинках методою вакуумно-дугового осадження з використанням катод, виготовлених методою іскро-плазмового спікання. Проведено рентґенофазову аналізу, дослідження мікроструктури, локального хемічного складу, адгезійної міцности, мікротвердости та трибологічних властивостей одержаних покриттів. Встановлено, що під час осадження покриття MoSi2 відбувається активна дифузійна взаємодія між Силіцієм і ніобійовою підкладинкою з утворенням перехідного шару Nb5Si3, який сприяє підвищенню адгезійної міцности покриття до 38–52 МПа. Для покриттів ZrB2–10SiC підтверджено наявність фаз ZrB2, SiC і твердого розчину на основі ZrB2, а також формування щільної й однорідної структури з мікротвердістю у 1800–2400 HV1. Результати трибологічних випробувань показали, що покриття ZrB2–10SiC характеризується у 2–2,5 рази вищою зносостійкістю порівняно з покриттям MoSi2. Встановлено, що покриття MoSi2 дифузійного шару, як і покриття ZrB2–10SiC, демонструють вищу твердість і зносостійкість. Одержані результати підтверджують перспективність використання вакуумно-дугових покриттів MoSi2 та ZrB2–10SiC для захисту неохолоджуваних високотемпературних елементів аерокосмічної техніки.

Ключові слова: вакуумно-дугове осадження, MoSi2, ZrB2–10SiC, ніобійова підкладинка, жаростійкі покриття, мікроструктура, адгезійна міцність, зносостійкість.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i06/0611.html

PACS: 52.80.Mg. 62.20.Qp, 68.35.Fx, 68.55.-a, 81.05.Je, 81.15.-z, 81.40.Pq


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. S. R. Shine and S. Shri Nidhi, Propulsion and Power Research, 7, Iss. 1: 1 (2018).
  2. Tatsuo Tabaru, Jin-Hak Kim, Kazuhisa Shobu, Michiru Sakamoto, Hisatoshi Hirai, and Shuji Hanada, Metallurgical and Materials Transactions A, 36: 617 (2005).
  3. Y. Lin, M.J. Kramer, A.J. Thon, and M.A. Kinc, Metallurgical and Materials Transactions A., 36: 601 (2005).
  4. Xin Wang, Kaiyuan Xing, Qingyu Li, and Tao Yang, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 113: 106189 (2023).
  5. S. V. Litovchenko, V. M. Beresnev, A. A. Drobyshevskaya, and P. V. Turbin, Fizicheskaya Inzheneriya Poverkhnosti [Physical Surface Engineering], 10, No. 2: 110 (2012) (in Russian).
  6. S. D. Harchenko and S. І. Kovtun, Teplofіzika ta Teploenergetika [Thermal Physics and Thermal Power Engineering], 43, No. 3: 78 (2021) (in Ukranian).
  7. Weiwei Yang, Youcai Zhang, Shengyuan Lei, Qiufeng Mo, Kui Ling, Xiaoyu Lv, Xiaolian Zhao, and Weizhou Li, Journal of Alloys and Compounds, 887, Iss. 20: 161365 (2021).
  8. E. Szajna, G. Moskal, W. Stryczniewicz, A. Kozłowska, K. Leśniewska-Matys, A. Malinowska, A. Tomaszewska, A. Trzcionka-Szajna, M. Mikuśkiewicz, and K. Szymański, Surface and Coatings Technology, 473: 129896 (2023).
  9. Lu Zhu, Xiaohong Wang, Xuanru Ren, Ping Zhang, and Peizhong Feng, Journal of European Ceramic Society, 42, Iss. 3: 921 (2022).
  10. M. S. Cirlin, A. V. Kasatkin, G. M. Plavnik, and V. N. Vechkanov, Poroshkovaya Metallurgiya [Powder Metallurgy], 1: 26 (1982) (in Russian).
  11. Longfei Li, Xiping Guo, and Yanqiang Qiao, Journal of Alloys and Compounds, 938: 168456 (2023).
  12. A. I. Borisenko and S. V. Hashkovskiy, Zashchita Izdeliy iz Niobievykh Splavov ot Vysokotemperaturnoi Gazovoi Korrozii [Protection of Niobium Alloy Products from High-Temperature Gas Corrosion] (Leningrad: Nauka: 1986) (in Russian).
  13. Yu. Dziadykevych and L. Kytskai, Visnyk Ternopilskoho Derzhavnoho Tekhnichnoho Universytetu [Bulletin of Ternopil State Technical University], 10, No. 3: 45 (2005) (in Ukranian).
  14. V. A. Okovityj, F. I. Panteleenko, V. V. Okovityj, V. M. Astashinskij, Nauka i Tekhnika [Science and Technology], 20, No. 5: 369 (2021) (in Russian).
  15. Ashok Meghwal, Ameey Anupam, Murty B.S., Christopher C. Berndt, Ravi Sankar Kottada, and Andrew Siao Ming Ang, Journal of Thermal Spray Technology, 29: 857 (2020).
  16. D. V. Gorelov, A. I. Novosel’tsev, M. Cheshkov, A. M. Lavrenova, and A. I. Savickij, Nanoindustriya [Nanoindustry], 18, No. 12: 161 (2025) (in Russian).
  17. Arutiun Ehiasarian, Pure and Applied Chemistry, 82, Iss. 6: 1247 (2010).
  18. V. V. Vasil’ev, A. A. Luchaninov, E. N. Reshetnyak, and V. E. Strel’nitskiy, FІP, 13, No. 2: 78 (2015) (in Ukranian).
  19. I. A. Ivanov, A. G. Slutskiy, V. A. Sheynert, A. I. Ivanov, and A. N. Belyi, Lit’e i Metallurgiya [Casting and Metallurgy], 2: 68 (2021) (in Russian).
  20. Farzin Arianpour, Farhad Golestanifard, Hamidreza Rezaie, Mehdi Mazaheri, Ali Celik, Ferhat Kara, and Gilbert Fantozzi, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 56: 1 (2016).
  21. D. V. Dukhopel’nikov, D. V. Kirillov, M. K. Marakhtanov, E. V. Vorob’ev, and V. S. Bulychyov, Izvestiya Vuzov. Fizika [Universities News. Physics], 62, No. 11: 68 (2019) (in Russian).
  22. Yulin Ge, Yaming Wang, Junchen Chen, Yongchun Zou, Lixin Guo, Jiahu Ouyang, Dechang Jia, and Yu Zhou, J. of Alloys and Compounds, 745: 271 (2018).
  23. JianHui Yan, Yi Wang, LongFei Liu, Yueming Wang, and Fang Chen, Journal of Thermal Spray Technology, 24, No. 6: 1093 (2015).
  24. Man Wang, Chao Li, Cheng-Bin Zheng, Hui Dong, Guan-Jun Yang, and Lin Chen, Journal of the European Ceramic Society, 46, No. 2: 117791 (2026).
  25. Shi C. Zhang, Greg E. Hilmas, and William G. Fahrenholtz, Journal of the European Ceramic Society, 31, Iss. 5: 893 (2011).
  26. Trevor G. Aguirre, Corson L. Cramer, Ercan Cakmak, Michael J. Lance, and Richard A. Lowden, Results in Materials, 11: 100217 (2021).