Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка нанокомпозитных жаростойких покрытий в системе Zr-Si-B-(N) для высокотемпературных применений

ФИО
Лемешева М.В.
Электронная почта
46d596eb41484lemescheva.margarita@yandex.ru
Номинация
Материаловедение
Институт
Институт экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех)
Кафедра
Кафедра порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП)
ФИО научного руководителя
доц., к.т.н. Кирюханцев-Корнеев Ф.В.
Академическая группа
МФП-15-2
Наименование тезиса
Разработка нанокомпозитных жаростойких покрытий в системе Zr-Si-B-(N) для высокотемпературных применений
Тезис

Интенсивное развитие  самолёто- и ракетостроения требует создания новых и усовершенствования уже имеющихся жаростойких покрытий. Данная работа посвящена исследованию  структуры, механических свойств и жаростойкости покрытий в системе Zr-Si-B-(N).

Для осаждения покрытий применялся метод магнетронного распыления. Мишень ZrSiB для распыления была изготовлена с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Осаждение проводилось в различных газовых средах: Ar, Ar+15%N2, N2. Структура, химический и фазовый состав покрытий были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света и инфракрасной спектроскопии, энергодисперсионного анализа, а также оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. С помощью метода наноиндентирования были определены твердость, модуль упругости и упругое  восстановление покрытий. Для оценки термической стабильности и стойкости к окислению покрытия отжигались в диапазоне температур 1000-1400 0С в атмосфере воздуха при выдержках от 5 минут до 6 часов.

Полученные результаты показывают, что основной структурной составляющей покрытий с низким содержанием азота является гексагональная фаза h-ZrB2 с размером кристаллитов ~ 1,5 нм. С увеличением содержания азота наблюдается измельчение структуры и увеличение объёмной доли аморфной фазы. Покрытия Zr-Si-B-(N), полученные в 100%N2, обладают полностью аморфной структурой. Максимальная твердость 22 ГПа, модуль упругости 255 ГПа, и упругое восстановление 60% были зафиксированы для покрытий, осажденных в Ar+15%N2. Тогда как покрытия без азота имели наиболее высокую жаростойкость при температурах до 1400 0С. Защитные свойства нереакционных покрытий обусловлены формированием на поверхности в процессе окисления слоя SiO2, с диспергированными в нём наночастицами ZrO2. В азотсодержащих покрытиях при нагреве свыше 1000 0С интенсивно идут фазовые превращения (в частности выделение крупных кристаллитов SiNx), которые приводят к деградации их структуры, а, следовательно, и свойств. Таким образом, покрытия системы Zr-Si-B-(N) являются привлекательным материалом для защиты деталей и узлов самолётов и космических аппаратов, поверхности режущего инструмента, оптических устройств, в микроэлектронике и т.д.

Научный руководитель - доц., к.т.н. Кирюханцев-Корнеев Ф.В.