Жаростойкие покрытия на основе высокоэнтропийного сплава (MoTaNbZrHf)SiB с повышенным содержанием кремния, полученные методом магнетронного распыления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе при магнетронном распылении мишеней (MoTaNbZrHf)SiB и SiBC были получены: однослойные (MoTaNbZrHf)-Si-B, двух- и многослойные (MoTaNbZrHf)-Si-B/Si-B-C, а также нанокомпозитные покрытия (MoTaNbZrHf)-Si-B-C. Особое внимание было уделено исследованию влияния повышенного содержания кремния на структуру и жаростойкость разработанных покрытий. Результаты показали, что однослойные и нанокомпозитные покрытия обладают однородной структурой с равномерным распределением элементов по толщине. Двух- и многослойные покрытия содержали слои (MoTaNbZrHf)-Si-B/Si-B-C толщиной 9.1/3.9 и 1.7/0.6 мкм соответственно. Введение в состав покрытий (MoTaNbZrHf)-Si-B дополнительных кремнийсодержащих фаз привело к снижению удельного изменения массы с –3.1 до 0.15–0.20 мг/см2 при температуре 1000°С. Отжиги при температуре 1500°С показали, что двухслойные покрытия (MoTaNbZrHf)-Si-B/Si-B-C обладают минимальными толщиной оксидного слоя 9.2 мкм и удельной потерей массы 0.95 мг/см2, что в 1.5 и 1.8 раза ниже значений, полученных для однослойного покрытия (MoTaNbZrHf)-Si-B. При 1600°С однослойное покрытие (MoTaNbZrHf)-Si-B полностью окислялись, в то время как двух- и многослойное покрытия (MoTaNbZrHf)-Si-B/Si-B-C фрагментарно сохранялись, что связано с высоким содержанием кремния в их составе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев

Университет науки и технологий “МИСИС”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kiryuhantsev.fv@misis.ru
Россия, Москва

А. Д. Чертова

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiryuhantsev.fv@misis.ru
Россия, Москва

Н. В. Швындина

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiryuhantsev.fv@misis.ru
Россия, Москва

Е. А. Левашов

Университет науки и технологий “МИСИС”

Email: kiryuhantsev.fv@misis.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ren J., Zhang Y., Zhao D., Chen Y., Guan S., Liu Y. et al. // Nature. 2022. V. 608. P. 62–68. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04914-8
  2. Pan Q., Zhang L., Feng R., Lu Q., An K., Chuang A.C. et al. // Science. 2021. V. 374. P. 984–989.
  3. George E.P., Raabe D., Ritchie R.O. // Nature Reviews Materials. 2019. V. 4. P. 515–534. https://doi.org/10.1038/s41578-019-0121-4
  4. Tsai M.H., Yeh J.W. // Materials Research Letters. 2014. V. 2. P. 107–123. https://doi.org/10.1080/21663831.2014.912690
  5. Li J., Huang Y., Meng X., Xie Y. // Advanced Engineering Materials. 2019. V. 21. 1900343. https://doi.org/10.1002/ADEM.201900343
  6. Gao M.C., Liaw P.K., Yeh J.W., Zhang Y. // High-Entropy Alloys: Fundamentals and Applications. 2016. P. 1–516. https://doi.org/10.1007/978-3-319-27013-5/COVER
  7. Gromov V.E., Konovalov S. V., Ivanov Y.F., Osintsev K.A.// Structure and Properties of High-Entropy Alloys. 2021. V. 107. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78364-8
  8. Rogachev A.S. // Physics of Metals and Metallography. 2020. V. 121. P. 733–764. https://doi.org/10.1134/S0031918X20080098
  9. Dewangan S.K., Mangish A., Kumar S., Sharma A., Ahn B., Kumar V. // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2022. V. 35. P. 101211. https://doi.org/10.1016/J.JESTCH.2022.101211
  10. Wang M., Wen Z., Ma B., Liu J., Zou Z., Zhao Y. // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 893. P. 162242. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.162242
  11. Wu M., Setiawan R.C., Li D.Y. // Wear. 2022. V. 492–493. P. 204231. https://doi.org/10.1016/J.WEAR.2021.204231
  12. Gao S., Cao J., Qiu Z., Yan X. // Materials Letters. 2022. V. 321. https://doi.org/10.1016/J.MATLET.2022.132393
  13. Ji F., Wang Z., Wu L. // Materials Today Communications. 2022. V. 32. P. 104063. https://doi.org/10.1016/J.MTCOMM.2022.104063
  14. Zhang Y., Liu M., Sun J., Li G., Zheng R., Xiao W., et al. // Materials Science and Engineering: A. 2022. V. 835. P. 142670. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2022.142670
  15. Kumari P., Mishra R.K., Gupta A.K., Mohapatra S., Shahi R.R. // Journal of Alloys and Compounds. 2023. V. 931. P. 167451. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2022.167451
  16. Kitagawa J. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. V. 563. P. 170024. https://doi.org/10.1016/J.JMMM.2022.170024
  17. Poliakov M., Kovalev D., Vadchenko S., Moskovskikh D., Kiryukhantsev-Korneev P., Volkova L., et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. art. № 2004. https://doi.org/10.3390/nano13132004
  18. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. // Materials Science and Engineering: A. 2004. V. 375–377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2003.10.257
  19. Xue L., Shao L., Zhang B., Li Z., Cheng J., Shen B. // Journal of Rare Earths. 2024. V. 42. P. 129–136 https://doi.org/10.1016/J.JRE.2022.12.001
  20. Wang Z., Chen S., Yang S., Luo Q., Jin Y., Xie W. et al. // Journal of Materials Science & Technology. 2023. V. 151. P. 41–65. https://doi.org/10.1016/J.JMST.2022.11.054
  21. Fan X.J., Qu R.T., Zhang Z.F. // Journal of Materials Science & Technology. 2022. V. 123. P. 70–77. https://doi.org/10.1016/J.JMST.2022.01.017
  22. Zhu C., Li Z., Hong C., Dai P., Chen J. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2020. V. 93 https://doi.org/10.1016/J.IJRMHM.2020.105357
  23. Lin M.I., Tsai M.H., Shen W.J., Yeh J.W. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 2732–2737. https://doi.org/10.1016/J.TSF.2009.10.142
  24. Tunes M.A, Fritze S., Osinger B., Willenshofer P., Alvarado A.M., Martinez E. et al. // Acta Materialia. 2023. V. 250. P. 118856. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118856
  25. Wang B., Wang Q., Sun B., Mo J., Guo Y., Liang X. et al. // Journal of Materials Science & Technology. 2023. V. 149. P. 31–41. https://doi.org/10.1016/J.JMST.2022.12.010
  26. Dong S., Zhou H., Hu X., Zhang J., Li Y., Shang W. et al. // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. V. 48. P. 18233–18244. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2023.01.305
  27. Gild J., Braun J., Kaufmann K., Marin E., Harrington T., Hopkins P. et al. // Journal of Materiomics. 2019. V. 5. P. 337–343. https://doi.org/10.1016/J.JMAT.2019.03.002
  28. Yi G., Ding Y., Cheng Y., Zhang P., Wang X., Liang X. // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 916. P. 165384. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2022.165384
  29. Liu D., Huang Y., Liu L., Zhang L. // Materials Letters. 2020. V. 268. P. 127629. https://doi.org/10.1016/J.MATLET.2020.127629
  30. Guo Z., Zhang L., Qiao Y., Gao Q., Xiao Z. // Scripta Materialia. 2022. V. 218. P. 114798. https://doi.org/10.1016/J.SCRIPTAMAT.2022.114798
  31. Chen Y., Gao X., Qin G., Chen R., Guo J. // Materials Letters. 2023. V. 335. P. 133832. https://doi.org/10.1016/J.MATLET.2023.133832
  32. Xu Z.Q., Ma Z.L., Tan Y., Wang M., Zhao Y., Cheng X.W. // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 900. P. 163517. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.163517
  33. Xiao Z., Zhang L., Guo Z. // Computational Materials Science. 2022. V. 203. P. 111116. https://doi.org/10.1016/J.COMMATSCI.2021.111116
  34. Galetz M.C., Ulrich A.S., Hasemann G., Krüger M. // Intermetallics. 2022. V. 148. P. 107620. https://doi.org/10.1016/J.INTERMET.2022.107620
  35. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Chertova A.D., Chudarin F.I., Patsera E.I., Levashov E.A. // Surface and Coating Technology. 2024. (in press)
  36. Fabrizi A., Cecchini R., Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sheveyko A.N., Spigarelli S., Cabibbo M. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2017. V. 53. P. 452–459. https://doi.org/10.1134/S2070205117030066
  37. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Andreev S.O., Shvyndina N.V., Levashov E.A., Timofeev A.N., Shtansky D.V. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014. V. 55. P. 645–651. https://doi.org/10.3103/S106782121406011X
  38. Kiryukhantsev-Korneev P., Sytchenko A., Pogozhev Y., Vorotilo S., Orekhov A., Loginov P. et al. // Materials. 2021. V. 14. https://doi.org/10.3390/MA14081932
  39. Yao X.Y., Li H.J., Zhang Y.L., Ren J.J., Yao D.J., Tao J. // Corrosion Science. 2012. V. 57. P. 148–153. https://doi.org/10.1016/J.CORSCI.2011.12.023
  40. Bae K.E., Chae K.W., Park J.K., Lee W.S., Baik Y.J. // Surface and Coatings Technology. 2015. V. 276. P. 55–58. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2015.06.053
  41. Kiryukhantsev-Korneev F.V., Lemesheva M.V., Shvyndina N.V., Levashov E.A., Potanin A.Y. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2018. V. 54. P. 1147–1156. https://doi.org/10.1134/S207020511806014X/FIGURES/10
  42. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Potanin A.Y. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2019. V. 59. P. 698–708. https://doi.org/10.3103/S106782121806010X
  43. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Kuptsov K.A., Tabachkova N.Y., Andreev N.V., Sagalova T.B., Golizadeh M. et al. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2021. V. 57. P. 1008–1024. https://doi.org/10.1134/S2070205121050130/FIGURES/11
  44. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sheveyko A.N., Levashov E.A., Shtansky D.V. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2015. V 56. P. 540–547. https://doi.org/10.3103/S1067821215050077/METRICS
  45. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Sviridova T.A., Sidorenko D.A., Andreev N.V., Klechkovskaya V. V. et al. // Surface and Coatings Technology. 2022. P. 128141. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2022.128141
  46. Kiryukhantsev-Korneev P.V. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2012. V. 48. P. 585–590. https://doi.org/10.1134/S207020511205005X
  47. Lange A., Braun R., Heilmaier M. // Intermetallics. 2014. V. 48. P. 19–27 https://doi.org/10.1016/J.INTERMET.2013.09.007
  48. Choi Y.J., Yoon J.K., Kim G.H., Yoon W.Y., Doh J.M., Hong K.T. // Corrosion Science. 2017. V. 129. P. 102–114. https://doi.org/10.1016/J.CORSCI.2017.10.002
  49. Asempah I., Xu J., Yu L., Wang L. // Ceramics International. 2019. V. 45. P. 19395–19403. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2019.06.192.
  50. Xie Z.W., Wang L.P., Wang X.F., Huang L., Lu Y., Yan J.C. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition). 2011. V. 21. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61628-2
  51. Shi X., Zhao Y., Gao X., Li J., Chen J., You Y. et al. // Ceramics International. 2024. V. 50. P. 1166–1178. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2023.10.209
  52. Lapshin O.V., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2021. V. 66. P. 433–453. https://doi.org/10.1134/S0036023621030116
  53. Kovalev D.Y., Potanin A.Y., Levashov E.A., Shkodich N.F. // Ceramics International. 2016. V. 42. P. 2951–2959. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2015.10.078
  54. Rakhadilov B., Kakimzhanov D., Buitkenov D., Abdulina S., Zhurerova L., Sagdoldina Z. // Crystals. 2022, V. 12, Page 1388. https://doi.org/10.3390/CRYST12101388
  55. Golizadeh M., Kuptsov K.A., Shvyndina N.V., Shtansky D.V. // Surface and Coatings Technology. 2017. V. 319. P. 277–285. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2017.04.016

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-микрофотографии изломов покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г). Дифрактограммы покрытий (д).

Скачать (212KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Элементные ОЭСТР-профили покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г).

Скачать (267KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость Δm/S от времени выдержки (а) и внешний вид (б) покрытий в процессе отжигов при температуре 1000С и выдержках от 0 до 180 мин.

Скачать (473KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РЭМ-микрофотографии поверхности покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г) после отжигов при температуре 1500С с выдержкой 10 мин.

Скачать (162KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РЭМ-изображения поперечных изломов и ЭДС-карты для покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г) после отжигов при температуре 1500С.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Толщина окисленного слоя (hокс) и разница между толщиной исходного покрытия и толщиной неокисленного слоя после отжига (а) и удельное изменение массы (∆m/S) (б) при температуре 1500С (hисх–hнеокс) для покрытий SL, DL, ML, NC.

Скачать (116KB)
Метаданные
8. Рис. 7. РЭМ-микрофотографии поверхности покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г) после отжигов при температуре 1500С с выдержкой 10 мин.

Скачать (187KB)
Метаданные
9. Рис. 8. РЭМ-изображения поперечных изломов и ЭДС-карты для покрытий SL (а), DL (б), ML (в), NC (г) после отжигов при температуре 1600С.

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. Рентгенограммы покрытий после отжигов при 1500 (а) и 1600С (б).

Скачать (646KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025