Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование влияния добавок Si на структуру и свойства покрытий на основе ZrB2

Фамилия
Лемешева
Имя
Маргарита
Отчество
Владимировна
Номинация
Металлургия
Институт
Институт экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех)
Кафедра
Кафедра порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП)
Академическая группа
МФП-15-2
Научный руководитель
к.т.н., доцент Кирюханцев-Корнеев Ф.В.
Название тезиса
Исследование влияния добавок Si на структуру и свойства покрытий на основе ZrB2
Тезис

Диборид циркония является передовым материалом в семействе ультравысокотемпературной керамики (УВТК) из-за высокой температуры плавления (3245 °C), высокой теплопроводности (57,9 Вт/(м·K)), низкого КТР (5,9·10-6 °С-1), что делает его привлекательным для нанесения в качестве защитных покрытий в авиакосмической отрасли. Двухкомпонентные покрытия ZrB2 начинают окисляться выше 700 oС, поэтому в них вводят добавки Si или применяют дополнительные слои типа SiC, SiBC, ZrSi2, Si3N4, MoSi2 и т.д., в результате чего на поверхности образуется плотный защитный оксид SiO2.

Покрытия осаждались методом магнетронного распыления в среде аргона. Распыляемые композиционные мишени ZrSiB (64,7%Zr-20%Si-15,3B) и ZrB2 (80,5%Zr-19,5%B) изготовили путём самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Мишень  SiBC получали по технологии горячего прессования. Структура, химический и фазовый состав покрытий были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, энергодисперсионного анализа, а также оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. Методом наноиндентирования были определены твердость, модуль упругости и упругое восстановление покрытий. Для оценки стойкости к высокотемпературному окислению покрытия отжигались при 1200oС (1 час), кроме того производилось термоциклирование покрытий при 1000 oС (20, 50 и 100 циклов по 5 минут).  Также проводились кратковременные (10 минут) отжиги на воздухе при 1400 oС.

Полученные результаты показывают, что основной структурной составляющей покрытий является фаза h-ZrB2. В покрытии ZrB2  размер кристаллитов этой фазы составляет 8,46 нм. В результате легирования кремнием размер кристаллитов фазы h-ZrB2 в покрытии ZrSiB уменьшается до 2,3 нм, а введение слоев с высоким содержанием кремния привело к аморфизации структуры. Максимальная твердость 37,4 ГПа, зафиксированная для покрытия ZrB2, оказалась выше, чем из литературных данных. Покрытие ZrB2 окисляется уже при 800 oС, в то время как оба покрытия с добавкой Si в виде легирующего компонента или слоя SiBC характеризуются хорошей стойкостью к высокотемпературному окислению выше 1200 oС. Защитные свойства покрытий обусловлены формированием на поверхности в процессе окисления слоя SiO2, с диспергированными в нём наночастицами ZrO2