The Structure, Thermal Stability, Heat Resistance, and Diffusion-Barrier Properties of Coatings in the Mo–Y–Si–B System

F. V. Kiryukhantsev-Korneev; Кирюханцев-Корнеев Ф. В.; A. D. Sytchenko; Сытченко А. Д.; P. A. Loginov; Логинов П. А.; E. A. Levashov; Левашов Е. А.

doi:10.31857/S0044185623700444

Структура, термическая стабильность, жаростойкость и диффузионно-барьерные свойства покрытий в системе Mo–Y–Si–B

Авторы: Кирюханцев-Корнеев Ф.В.¹, Сытченко А.Д.¹, Логинов П.А.¹, Левашов Е.А.¹
Учреждения:
1. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
Страницы: 410-423
Раздел: НОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
URL: https://journal-vniispk.ru/0044-1856/article/view/139728
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044185623700444
EDN: https://elibrary.ru/VZXESJ
ID: 139728

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Покрытия Mo–Si–B и Mo–Y–Si–B были получены методом магнетронного напыления в режиме постоянного тока c использованием мишени 90% MoSi₂ + 10% MoB, оснащенной сегментами иттрия. Состав и структура покрытий исследовались методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. Оценку диффузионно-барьерных свойств и жаростойкости проводили посредством отжигов при температурах от 700 до 1000°С. Термическая стабильность определялась при нагреве ламелей покрытий в колонне просвечивающего электронного микроскопа в режиме in-situ. По данным химического анализа, основные элементы были равномерно распределены по толщине покрытий. Скорость роста покрытий не изменялась при введении иттрия и находилась в пределах 325–350 нм/мин. Покрытие Mo–Si–B характеризовалось столбчатой структурой с зернами гексагональной фазы h-MoSi₂ размером порядка 50 нм, а также незначительной объемной долей борсодержащей аморфной фазы (a-MoB). Увеличение концентрации Y до 4 ат. % привело к уменьшению размера кристаллитов h-MoSi₂ до 10 нм. Покрытие, с максимальной концентрацией иттрия (7 ат. %), содержало аморфную фазу a-MoB с диспергированными в ней кристаллитами фаз h-MoSi₂ и t-MoB. Введение в состав Mo–Si–B оптимального количества иттрия (4 ат. %) привело к снижению толщины оксидной пленки в 6 раз после отжигов при температуре 800°С и в 3 раза при 900–1000°С. Покрытие с максимальной концентрацией иттрия (7 ат. %) обладало наилучшими из всех исследованных образцов диффузионно-барьерными свойствами при 700–1000°С, а также по термической стабильности превосходило образец Mo–Si–B. Положительные эффекты от введения иттрия в состав покрытий были связаны с: (а) модификацией структуры, включая подавление столбчатого роста зерен, (б) переходом к структуре с большей объемной долей аморфной фазы, (в) изоляцией границ зерен и удлинением пути диффузии атомов металлов из подложки, а также, (г) образованием защитных поверхностных слоев на основе оксида иттрия при нагреве на воздухе.

Ключевые слова

магнетронное напыление, покрытия Mo–Y–Si–B, мозаичная мишень, жаростойкость, диффузионно-барьерные свойства, при нагреве, in-situ просвечивающая электронная микроскопия

Список литературы

Wang Q.Y. et al. // Surf. Coatings Technol. 2020. V. 402. P. 126310. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2020.126310
Khorram A., Davoodi Jamaloei A., Sepehrnia R. // Optik (Stuttg). 2022. V. 264. P. 169407. https://doi.org/10.1016/J.IJLEO.2022.169407
Mignanelli P.M., Jones N.G., Perkins K.M. et al. // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V. 621. P. 265–271. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2014.10.071
Montazeri S., Aramesh M., Rawal S. et al. // Wear. 2021. V. 474–475. № 203759. https://doi.org/10.1016/J.WEAR.2021.203759
Sato A., Chiu Y.L., Reed R.C. // Acta Mater. V. 59. № 1. P. 225–240. https://doi.org/10.1016/J.ACTAMAT.2010.09.027
Tan Y. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 881. № 160581. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160581
Wang T. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 879. P. 160412. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160412
Xie Y., Wang M. // J. Alloys Compd. 2009. V. 480. № 2. P. 454–461. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2009.01.100
Xu Y., Li W., Yang X. // Corros. Sci. 2022. V. 196. P. 110033. https://doi.org/10.1016/J.CORSCI.2021.110033
Döleker K.M. et al. // Surf. Coatings Technol. 2021. V. 412. P. 127069. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2021.127069
Zheng Y. et al. // J. Manuf. Process. 2022. V. 79. P. 510–519. https://doi.org/10.1016/J.JMAPRO.2022.04.070
Günen A. et al. // Surf. Coatings Technol. 2017. V. 311. P. 374–382. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2016.12.097
Seo D., Sayar M., Ogawa K. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 206. № 11–12. P. 2851–2858. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2011.12.010
Kiryukhantsev-Korneev F.V., Novikov A.V., Sagalova T.B. et al. // Phys. Metals Metallogr. 2017. V.118. №1136–1146https://doi.org/10.1134/S0031918X17110059
Lange A., Heilmaier M., Sossamann T.A., Perepezko J.H. // Surf. Coatings Technol. 2015. V. 266. P. 57–63. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2015.02.015
Lu-Steffes O.J., Sakidja R., Bero J., Perepezko J.H. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 207. P. 614–619. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2012.08.011
Su L., Lu-Steffes O., Zhang H., Perepezko J.H. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 337. P. 38–44. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2015.02.061
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Bondarev A.V., Shtansky D.V., Levashov E.A. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2015. V. 51(5). P. 794–802.
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Potanin A.Y. et al. // Surf. Coatings Technol. 2020. V. 403. P. 126373. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2020.126373
Terent’eva V.S., Zhestkov B.E. // Russ. J. Phys. Chem. B 2009. V. 3. № 3. P. 391–396. https://doi.org/10.1134/S1990793109030087
Kudryashov A.E., Lebedev D.N., Potanin A.Y., Levashov E.A. // Surf. Coatings Technol. 2018. V. 335. P. 104–117. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2017.12.025
Kiryukhantsev-Korneev P.V. et al. // Lett. Mater. 2020. V. 10. № 4. P. 371–376. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-371-376
Zan X. et al. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2011. V. 29. № 4. P. 505–508.
Guo Z. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. № 5. P. 2153–2161.
Majumdar S. et al. // Metall. Mater. Trans. A. 2013. V. 44. P. 2243–2257.
Lawal J. et al. // Surface and Coatings Technology, 2017. V. 310. P. 59–69.
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D. et al. // Surf. Coatings Technol. 2022. V. 442. P. 128141. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2022.128141
Kiryukhantsev-Korneev F.V. // Russ. J. Non-Ferrous Met. 2014. V. 55. № 5. P. 494–504. https://doi.org/10.3103/S1067821214050137
Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Loginov P.A. et al. // Coatings. 2022. V. 12. P. 1570. https://doi.org/10.3390/coatings12101570
Yang J. et al. // Intermetallics. 2022. V. 148. P. 107649. https://doi.org/10.1016/J.INTERMET.2022.107649
Yang F. et al. // Surf. Coatings Technol. 2022. V. 445. P. 128746. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2022.128746
Musil J. // Surf. Coatings Technol. 2012. V. 207. P. 50–65. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2012.05.073