Structural Сharacteristics, Mechanical Properties, Wear and Oxidation Resistance of Coatings in the Mo–Y–Zr–Si–B System Obtained on Molybdenum by Magnetron Sputtering in the DCMS and HIPIMS Modes

F. V. Kiryukhantsev-Korneev; Кирюханцев-Корнеев Ф. В.; F. I. Chudarin; Чударин Ф. И.; R. A. Vakhrushev; Вахрушев Р. А.; A. D. Sytchenko; Сытченко А. Д.; M. I. Karpov; Карпов М. И.; R. Feng; Feng P.; E. A. Levashov; Левашов Е. А.

doi:10.31857/S0044185623700687

Структурные особенности, механические свойства, износо- и жаростойкость покрытий в системе Mo–Y–Zr–Si–B, полученных на молибдене методом магнетронного напыления в режимах DCMS и HIPIMS

Авторы: Кирюханцев-Корнеев Ф.В.¹, Чударин Ф.И.¹, Вахрушев Р.А.¹, Сытченко А.Д.¹, Карпов М.И.², Feng P.³, Левашов Е.А.¹
Учреждения:
1. Университет науки и технологий “МИСИС”
2. Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук
3. China University of Mining and Technology
Выпуск: Том 59, № 5 (2023)
Страницы: 546-558
Раздел: НОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
URL: https://journal-vniispk.ru/0044-1856/article/view/139770
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044185623700687
EDN: https://elibrary.ru/PPRIPC
ID: 139770

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Покрытия Mo–(Y, Zr)–Si–B были получены методами магнетронного напыления постоянного тока (DCMS, direct current magnetron sputtering) и высокомощного импульсного магнетронного напыления (HIPIMS, high power impulse magnetron sputtering) с использованием композиционных мишеней MoSi₂ + 10% MoB и (MoSi₂ + 10% MoB) + 20% ZrB₂, с расположенными в их зоне эрозии сегментами Y суммарной площадью 5 и 10 см². Структура и состав покрытий исследовались методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и рентгенофазового анализа. Были определены твердость, модуль упругости, упругое восстановление, адгезионная прочность, стойкость покрытий к ударным циклическим и абразивным воздействиям. Жаростойкость и термическая стабильность оценивалась при нагреве покрытий до максимальной температуры 1000°C в муфельной печи и в колонне просвечивающего электронного микроскопа, соответственно. Установлено, что основу покрытия Mo–Si–B составляет фаза h-MoSi₂ с текстурой в направлении [110] и размером кристаллитов 75 нм. Легирование покрытий Zr и Y, а также переход от DCMS к режиму HIPIMS, способствовали подавлению преимущественного роста кристаллитов, повышению их дисперсности и объемной доли аморфной фазы, что приводило к повышению трещиностойкости и адгезионной прочности покрытий. Применение метода HIPIMS при осаждении покрытий вызвало рост твердости и модуля упругости на 10%, стойкости к циклическим ударным воздейстивмя на 60%, абразивной стойкости на 20%, увеличению жаростойкости до 20%. Покрытия Mo–Y–Zr–Si–B оптимального состава обладали высокой термической стабильностью, – основная структурная составляющая, гексагональная фаза h-MoSi₂, сохранялась в температурном диапазоне 20–1000°C, а также обеспечивали повышение жаростойкости Mo подложки более, чем в 9 раз при 1000°С.

Список литературы

Perepezko J.H. // Science. 2009. V. 326. P. 1068–1069.
Su Ranran, Liu Longfei, Perepezko John H. // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2023. V. 113. P. 106199.
Zhu L., Zhu Y., Ren X., Zhang P., Qiao J., Feng P. // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 375. P. 773–781.
Fu T., Zhang Y., Shen F., Cui K., Chen L. // Materials Characterization. 2022. V. 192. P. 112192.
Wei Li, Jinglian Fan, Yan Fan, Lairong Xiao, Huichao Cheng // J. Alloys and Compounds. 2018. V. 740. P. 711–718.
Yanagihara K., Przybylski K., Maruyama T. // Oxidation of Metals. 1997. V. 47. P. 277–293.
Kiryukhantsev-Korneev P.V. et al. // Russian J. Non-Ferrous Metals. V. 55 № 6. P. 645–651. https://doi.org/10.3103/S106782121406011X
Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Iatsyuk I.V., Shvindina N.V., Levashov E.A., Shtansky D.V. // Corrosion Science. 2017. V. 123. P. 319–327.
Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Sviridova T.A., Sidorenko D.A., Andreev N.V., Klechkovskaya V.V., Polčak J., Levashov E.A. // Surface and Coatings Technology. 2022. V. 442. P. 128141.
Won June Choi et al. // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2019. V. 80. P. 238–242,
Zilong Wu, Kanglu Feng, Jiangbo Sha, Chungen Zhou // Progress in Natural Science: Materials International. 2022. V. 32. № 6. P. 752–757.
Kiryukhantsev-Korneev F.V., Sytchenko A.D., Vakhrushev R.A. et al. // Phys. Atom. Nuclei. 2022. V. 85. P. 2088–2091.
Zhestkova B.E., Terent’eva V.S. // Russian Metallurgy (Metally). 2010. V. 1. P. 33–40.
Pang J., Blackwood D.J. // Corr. Sci. 2016. V. 105. P. 17–24.
Totemeier T.C., Wright R.N., Swank W.D. // Intermetallics. 2004. V. 12. № 12. P. 1335–1344.
Zhang Y., Li H., Ren J., Li K. // Corr. Sci. 2013. V. 72. P. 150–155.
Kuznetsov S.A., Rebrov E.V., Mies M.J.M., de Croon M.H.J.M., Schouten J.C. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 971–978.
Kudryashov A.E et al. // Surf. Coat. Technol. 2018. V. 335. P. 104–117.
Zhu L., Chen P., Cai Z., Feng P., Kang X., Akhtar F., Wang X. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2022. V. 32. № 3. P. 935–946.
Lange A., Heilmaier M., Sossamann T.A., Perepezko J.H. // Surface and Coatings Technology. 2015. V. 266. P. 57–63.
Perepezko J.H., Sossaman T.A., Taylor M. // J. Them. Spray Tech. 2017. V. 26. P. 929–940.
Ritt P., Sakidja R., Perepezko J.H. // Surf. Coat. Technol. 2012. V. 206. P. 4166–4172.
Shtansky D.V. et al. // Surface and Coatings Technology. 2012. V. 208. P. 14–23.
Kukla R. // Surf. Coat. Technol. 1997. V. 93. № 1. P. 1–6.
Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Horwat D., Pierson J.F., Levashov E.A. // Tech. Phys. Lett. 2014. V. 40. P. 614–617.
Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sheveyko A.N., Vorotilo S.A., Levashov E.A. // Ceramics International. 2020. V. 46. № 2. P. 1775–1783.
Helmersson U., Lattemann M., Bohlmark J., Ehiasarian A.P., Gudmundsson J.T. // Thin Solid Films. 2006. V. 513. P. 1–24.
Xie Dong, Wei L.J., Liu H.Y., Zhang K., Leng Y.X., Matthews D.T.A., Ganesan R., Su Y.Y. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 442. 128192.
Lattemann M., Ehiasarian A.P., Bohlmark J., Persson P.Å.O., Helmersson U. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. P. 6495–6499.
Kiryukhantsev-Korneev F.V. // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2014. V. 55. P. 494–504. https://doi.org/10.3103/S1067821214050137
Veprek S. et al. // Thin Solid Films. 2005. V. 476. P. 1–29.
Fischer-Cripps A.C. et al. // Surface and Coatings Technology. 2006. V. 200. P. 5645–5654.
Zawischa M., Azri M.M., Supian B.M., Makowski S., Schaller F., Weihnacht V. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 415. P. 127118.
Musil J. // Research signpost. 2008. P. 1–35.
Shtansky D.V. et al. // Phys. Solid State. 2006. V. 48. P. 1301–1308.
Tayebi N., Polycarpou A.A., Conry T.F. // J. Materials Research. 2004. V. 19. P. 1791–1802. https://doi.org/10.1557/JMR.2004.0233
Li J., Beres W. // Canadian Metallurgical Quarterly. 2007. V. 46:2. P. 155–173. https://doi.org/10.1179/cmq.2007.46.2.155
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sheveiko A.N., Petrzhik M.I. // Prot Met Phys Chem Surf. 2019. V. 55. P. 502–510.
Schwarzer N., Duong Q.-H., Bierwisch N., Favaro G., Fuchs M., Kempe P., Widrig B., Ramm J. // Surface and Coatings Technology. 2011. V. 206(6). P. 1327–1335. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.08.051
Leyland A., Matthews A. // Wear. 2000. V. 246. P. 1.
Mustafa M.M.B., Umehara N., Tokoroyama T., Murashima M., Shibata A., Utsumi Y., Moriguchi H. // Tribology Online. 2019. V. 14. № 5. P. 388–397.
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Pierson J.F., Bychkova M.Y. et al. // Tribol. Lett. 2016. V. 63. P. 44.
Chen J., Bull S. // J. Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44(3). P. 34001.
Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko A.D., Potanin A.Yu., Vorotilo S.A., Levashov E.A. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 403. P. 126373.
Beake B.D. // Surface and Coatings Technology. 2022. V. 442. P. 128272. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128272
McMaster S.J., Kosarieh S., Liskiewicz T.W., Neville A., Beake B.D. // Tribology International. 2023. V. 185. P. 108524. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108524