Структура и свойства защитных композиционных покрытий Zr-Mo-Si-B и Hf-Mo-Si-B, полученных методом искрового плазменного спекания

Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Чертова А.Д., Рупасов С.И., Свиридова Т.А., Лобова Т.А., Feng P., Ren X., Левашов Е.А.

Аннотация

УДК 621.793/.795

Покрытия в системах Zr-Mo-Si-B и Hf-Mo-Si-B были получены методом искрового плазменного спекания (ИПС) с использованием гетерофазных порошков ZrSi₂-MoSi₂-ZrB₂ и HfSi₂-MoSi₂-HfB₂, изготовленных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Покрытия Zr-Mo-Si-B и Hf-Mo-Si-B характеризовались толщиной 1,3–1,4 мкм, обладали плотной структурой и содержали фазы, вес. %: 61 o-ZrSi₂, 15 h-ZrB₂, 15 t-MoSi₂, 8 m-ZrO₂, 1 c-ZrB и 53 o-HfSi₂, 14 h-HfB₂, 19 t-MoSi₂, 9 m-HfO₂, 5 c-HfB соответственно. Твердость покрытий составляла 15–16 ГПа, модуль упругости – 265–268 ГПа, и упругое восстановление – 38–39%. Покрытие Hf-Mo-Si-B характеризовалось минимальными значениями: а) приведенного износа 4,2×10^-5 мм³Н^-1м^-1 в условиях трения скольжения, б) объема кратера 5×10³ мкм³ при ударно-динамических испытаниях и в) скорости окисления <2,3×10-3 мг/(см²∙с) при 1200 °С. ИПС-покрытия превосходят ниобиевую подложку по износостойкости в ~ 25 раз и жаростойкости на несколько порядков.

Ключевые слова: искровое плазменное спекание, покрытия, ZrSi₂-ZrB₂-MoSi₂, HfSi₂-HfB₂-MoSi₂, механические и трибологические характеристики, жаростойкость.

Coatings in the Zr-Mo-Si-B and Hf-Mo-Si-B systems were obtained by spark plasma sintering (SPS) using heterophase powders ZrSi₂-MoSi₂-ZrB₂ and HfSi₂-MoSi₂-HfB₂, manufactured by the self-propagating high-temperature synthesis method. The Zr-Mo-Si-B and Hf-Mo-Si-B coatings were characterized by a thickness of 1.3–1.4 μm, had a dense structure and contained phases in wt.%: 61 o-ZrSi₂, 15 h-ZrB₂, 15 t-MoSi₂, 8 m-ZrO₂, 1 c-ZrB and 53 o-HfSi₂, 14 h-HfB₂, 19 t-MoSi₂, 9 m-HfO₂, 5 c-HfB, respectively. The coating hardness was 15-16 GPa, the elastic modulus was 265–268 GPa, and the elastic recovery was 38–39%. The Hf-Mo-Si-B coating was characterized by the minimum values of: a) reduced wear of 4.2∙10^-5 mm³N^-1m^-1 under sliding friction conditions, b) crater volume of 5∙10³ μm³ under impact-dynamic tests, and c) oxidation rate of <2.3∙10^-3 mg/(cm²∙s) at 1200°C. SPS coatings are superior to niobium substrates in wear resistance by ~25 times and oxidation resistance by several orders of magnitude.

Keywords: spark plasma sintering, coatings, ZrSi₂-ZrB₂-MoSi₂, HfSi₂-HfB₂-MoSi₂, mechanical and tribological characteristics, oxidation resistance.

Скачать полнотекстовый PDF. 51 скачиваний

Menu

Том 61 (2025), Номер 2, стр. 1-10

Структура и свойства защитных композиционных покрытий Zr-Mo-Si-B и Hf-Mo-Si-B, полученных методом искрового плазменного спекания

Аннотация