nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2025-3-113-121nuc-851Research ArticleСтатьиОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВ TiSiCNOPTIMIZATION OF MECHANICAL ACTIVATION PARAMETERS FOR THE FORMATION OF FUNCTIONAL COATINGS BASED ON TiSiCN POWDERSБаймолдановаЛ. С.BaimoldanovaL. S.

Баймолданова Лазат Сарқытбекқызы - старший преподаватель кафедры физики и технологий ВКУ им. Сарсена Аманжолова; старший научный сотрудник ТОО "Plasma Sciense".

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

lyazbs_82@mail.ruРахадиловБ. К.RakhadilovB. K.

Рахадилов Бауыржан Корабаевич.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

rakhadilovb@mail.ruБаяндиноваМ. Б.BayandinovaM. B.

Баяндинова Молдир Болеухановна.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

shohmanova_m@mail.ruPlasma Science LLP; Восточно-Казахстанский университет им. Сарсена АманжоловаКазахстанPlasma Science LLP; Sarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstanВосточно-Казахстанский университет им. Сарсена АманжоловаКазахстанSarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstan20252210202503113121Copyright © Баймолданова Л.С., Рахадилов Б.К., Баяндинова М.Б., 20252025Баймолданова Л.С., Рахадилов Б.К., Баяндинова М.Б.Baimoldanova L.S., Rakhadilov B.K., Bayandinova M.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/851

В данной статье представлены результаты исследования влияния параметров механической активации на морфологические, термические и фазовые характеристики многокомпонентных порошков Ti+SiC и TiCN+Si, предназначенных для формирования функциональных покрытий методом реактивно-плазменного напыления (РПН). С применением методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), термогравиметрического анализа (ТГА) и рентгеновской дифракции (XRD) проведен всесторонний анализ изменений структуры и свойств порошков в зависимости от времени активации. Установлено, что оптимальное время активации составляет 60 минут, при котором достигается наилучшее сочетание характеристик: уменьшение размера частиц, снижение агломерации, повышение термической стабильности и образование фаз с высокой кристалличностью. Обнаружено, что такие условия активации способствуют синтезу новых функциональных фаз, что повышает реакционную способность и однородность композиции. Полученные результаты имеют прикладное значение при разработке наноструктурированных износо- и термостойких покрытий для изделий, эксплуатируемых в условиях высоких температур и механических нагрузок, особенно в таких отраслях, как машиностроение, энергетика и аэрокосмическая промышленность.

This article presents the results of a study on the influence of mechanical activation parameters on the morphological, thermal, and phase characteristics of multicomponent Ti+SiC and TiCN+Si powders intended for the formation of functional coatings via reactive plasma spraying (RPS). A comprehensive analysis of the structural and property changes of the powders depending on activation time was carried out using scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and X-ray diffraction (XRD). It was established that the optimal activation time is 60 minutes, at which the best combination of characteristics is achieved: reduction in particle size, decreased agglomeration, enhanced thermal stability, and formation of highly crystalline phases. These activation conditions were found to promote the synthesis of new functional phases, increasing the reactivity and homogeneity of the composite. The obtained results have practical significance for the development of nanostructured wear- and heat-resistant coatings for components operating under high temperatures and mechanical loads, particularly in industries such as mechanical engineering, energy, and aerospace.

механическая активацияTiSiCNкарбонитридные покрытиянаноструктурированные материалыреактивно-плазменное напылениеmechanical activationTiSiCNcarbonitride coatingsnanostructured materialsreactive plasma sprayingДанное исследование финансируется Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP19175967).ReferencesY. Cheng, T. Browne, B. Heckerman, E. Meletis, Mechanical and tribological properties of nanocomposite TiSiN coatings // Surf. Coat. Technol. – 2010. Vol. 204. – P. 2123–2129.Y. Cheng, T. Browne, B. Heckerman, E. Meletis, Mechanical and tribological properties of nanocomposite TiSiN coatings // Surf. Coat. Technol. – 2010. Vol. 204. – P. 2123–2129.D. Ma, S. Ma, K. Xu, Influence of Si content on Nanostructured Ti–Si–N films coated by pulsed-dc plasma enhanced CVD // Surf. Coat. Technol. – 2004. – Vol. 184. – P. 182–187.D. Ma, S. Ma, K. Xu, Influence of Si content on Nanostructured Ti–Si–N films coated by pulsed-dc plasma enhanced CVD // Surf. Coat. Technol. – 2004. – Vol. 184. – P. 182–187.F. Movassagh-Alanagh, A. Abdollah-zadeh, M. Aliofkhazraei, M. Abedi, Improving the wear and corrosion resistance of Ti–6Al–4V alloy by deposition of TiSiN nanocomposite coating with pulsed-DC PACVD // Wear. – 2017. – Vol. 390. – P. 93–103.F. Movassagh-Alanagh, A. Abdollah-zadeh, M. Aliofkhazraei, M. Abedi, Improving the wear and corrosion resistance of Ti–6Al–4V alloy by deposition of TiSiN nanocomposite coating with pulsed-DC PACVD // Wear. – 2017. – Vol. 390. – P. 93–103.S. Abraham, E.Y. Choi, N. Kang, K.H. Kim, Microstructure and mechanical properties of Ti-Si-CN films synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Surf. Coat. Technol. – 2007. – Vol. 202. – P. 915–919.S. Abraham, E.Y. Choi, N. Kang, K.H. Kim, Microstructure and mechanical properties of Ti-Si-CN films synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Surf. Coat. Technol. – 2007. – Vol. 202. – P. 915–919.S. N. Zhurkov Kinetic Concept of the Strength of Solids // Intern. J. Fracture Mech. – 1965. – Vol. 1. – P. 311–323. https://doi.org/10.1007/BF03545562S. N. Zhurkov Kinetic Concept of the Strength of Solids // Intern. J. Fracture Mech. – 1965. – Vol. 1. – P. 311–323. https://doi.org/10.1007/BF03545562М. К. Бейер и Х. Клаузен-Шауманн Механохимия: механическая активация ковалентных связей // Chemical Reviews. – 2005. – Vol. 105. – P. 2921.M. K. Beyer i Kh. Klauzen-Shaumann Mekhanokhimiya: mekhanicheskaya aktivatsiya kovalentnykh svyazey // Chemical Reviews. – 2005. – Vol. 105. – P. 2921. (In Russ.)Макарова С.В. и Головнева И.Ф. Акустическая волновая корреляция элементарных деформационных актов при высокотемпературной деформации металлов и сплавов. Дисс. док. физ.-мат. наук.: 01.04.07. Макаров Сергей Викторович. Барнаул. 2016.Makarova S.V., Golovneva I.F. Akusticheskaya volnovaya korrelyatsiya elementarnykh deformatsionnykh aktov pri vysokotemperaturnoy deformatsii metallov i splavov. Diss. dok. fiz.-mat. nauk.: 01.04.07. Makarov Sergey Viktorovich. Barnaul. 2016. (In Russ.)Болдырев, В. В. Механохимия и механическая активация твердых веществ / В. В. Болдырев // Успехи химии. – 2006. – Т. 75. – № 3. – С. 203–216.Boldyrev, V. V. Mekhanokhimiya i mekhanicheskaya aktivatsiya tverdykh veshchestv / V. V. Boldyrev // Uspekhi khimii. – 2006. – Vol. 75. – No. 3. – P. 203–216. (In Russ.)Зельдович, Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер, – М.: Физматлит. – 2008 – 656 с.Zel'dovich, Ya.B. Fizika udarnykh voln i vysokotemperaturnykh gidrodinamicheskikh yavleniy / Ya.B. Zel'dovich, Yu.P. Rayzer. – Moscow: Fizmatlit. – 2008 – 656 p. (In Russ.)Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Наноструктурные состояния в твердых телах // ФММ. – 2010. – Т. 110. – № 5. – С. 487-496.Panin V.E., Egorushkin V.E. Nanostrukturnye sostoyaniya v tverdykh telakh // FMM. – 2010. – Vol. 110. – No. 5. – P. 487–496. (In Russ.)Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистком подходе к турбулентности: Пер. с франц. – М.: Мир. – 1991. – 368 с., ил. ISBN 5-03-001804-2Berzhe P., Pomo I., Vidal' K. Poryadok v khaose. O deterministkom podkhode k turbulentnosti: Per. s frants. – Moscow: Mir. – 1991. – 368 p., il. (In Russ)Л.С. Васильев, И.Л. Ломаев. Механизм аномального быстрого диффузионного массопереноса в пластически деформируемых наноструктурах металлов и сплавов // Вестник ТГУ. –2010/ – Т.15, вып. 3.L.S. Vasil'ev, I.L. Lomaev. Mekhanizm anomal'nogo bystrogo diffuzionnogo massoperenosa v plasticheski deformiruemykh nanostrukturakh metallov i splavov // Vestnik TGU. – 2010. – Vol. 15, Issue 3.Yang, Sheng-Ming, Chang, Yin-Yu, Wang, Da-Yung, Lin, Dong-Yi and Wu, WeiTe. // Journal of Alloys and Compounds. – 2007. – Vol. 440. – P. 375–379.Yang, Sheng-Ming, Chang, Yin-Yu, Wang, Da-Yung, Lin, Dong-Yi and Wu, WeiTe. // Journal of Alloys and Compounds. – 2007. – Vol. 440. – P. 375–379.Pogrebnjak A., Buranich V., Ivashchenko V., Baimoldanova L., Rokosz K., Raaen S., Zukowski P., Opielak M., Rakhadilov B., Beresnev V., Erdybaevaba N. The Effect of Substrate Treatment on the Properties of TiAlSiYN/CrN Nanocomposite Coatings // Surfaces and Interfaces. – 2022. – Vol. 30. 101902.Pogrebnjak A., Buranich V., Ivashchenko V., Baimoldanova L., Rokosz K., Raaen S., Zukowski P., Opielak M., Rakhadilov B., Beresnev V., Erdybaevaba N. The Effect of Substrate Treatment on the Properties of TiAlSiYN/CrN Nanocomposite Coatings // Surfaces and Interfaces. – 2022. – Vol. 30. 101902.S.L. Ma, D.Y. Ma, Y. Guo, B. Xu, G.Z. Wu, K.W. Xu, P.K. Chu, Synthesis and characterization of super hard, self-lubricating Ti–Si–C–N nanocomposite coatings // Acta Mater. – 2007. – Vol. 55. – P. 6350–6355. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.046S.L. Ma, D.Y. Ma, Y. Guo, B. Xu, G.Z. Wu, K.W. Xu, P.K. Chu, Synthesis and characterization of super hard, self-lubricating Ti–Si–C–N nanocomposite coatings // Acta Mater. – 2007. – Vol. 55. – P. 6350–6355. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.046Y. Wang, J. Li, C. Dang, Y. Wang, Y. Zhu, Influence of carbon contents on the structure and tribocorrosion properties of TiSiCN coatings on Ti6Al4V // Tribol. Int. – 2017. – Vol. 109. – P. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.01.002Y. Wang, J. Li, C. Dang, Y. Wang, Y. Zhu, Influence of carbon contents on the structure and tribocorrosion properties of TiSiCN coatings on Ti6Al4V // Tribol. Int. – 2017. – Vol. 109. – P. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.01.002Y. Wang, J. Li, C. Dang, Y. Wang, Y. Zhu, Influence of bias voltage on structure and tribocorrosion properties of TiSiCN coating in artificial seawater // Mater. Char. – 2017. – Vol. 127. – P. 198–208. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.012Y. Wang, J. Li, C. Dang, Y. Wang, Y. Zhu, Influence of bias voltage on structure and tribocorrosion properties of TiSiCN coating in artificial seawater // Mater. Char. – 2017. – Vol. 127. – P. 198–208. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.012J. Li, Y. Wang, Y. Yao, Y. Wang, L. Wang, Structure and tribological properties of TiSiCN coating on Ti6Al4V by arc ion plating // Thin Solid Films. – 2017. – Vol. 644. – P. 115–119. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.053J. Li, Y. Wang, Y. Yao, Y. Wang, L. Wang, Structure and tribological properties of TiSiCN coating on Ti6Al4V by arc ion plating // Thin Solid Films. – 2017. – Vol. 644. – P. 115–119. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.053L. Johnson, L. Rogstro m, M. Johansson, M. Od en, L. Hultman, Microstructure evolution and age hardening in (Ti, Si)(C, N) thin films deposited by cathodic arc evaporation // Thin Solid Films. – 2010. – Vol. 519. – P. 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.150L. Johnson, L. Rogstro m, M. Johansson, M. Od en, L. Hultman, Microstructure evolution and age hardening in (Ti, Si)(C, N) thin films deposited by cathodic arc evaporation // Thin Solid Films. – 2010. – Vol. 519. – P. 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.150Dong Yanchun,Yan Dianran, He Jining, Zhang Jianxin, Xiao Lisong,1and Li Xiangzhi. Studies on Nanocrystalline TiN Coatings Prepared by Reactive Plasma Spraying // Nanomechanics and Nanostructured Multifunctional Materials: Experiments, Theories, and Simulations. – Vol. 2008. – Issue 1. – Art. ID 690951. https://doi.org/10.1155/2008/690951Dong Yanchun,Yan Dianran, He Jining, Zhang Jianxin, Xiao Lisong,1and Li Xiangzhi. Studies on Nanocrystalline TiN Coatings Prepared by Reactive Plasma Spraying // Nanomechanics and Nanostructured Multifunctional Materials: Experiments, Theories, and Simulations. – Vol. 2008. – Issue 1. – Art. ID 690951. https://doi.org/10.1155/2008/690951Yang, Sheng-Ming, Chang, Yin-Yu, Wang, Da-Yung, Lin, Dong-Yi and Wu, WeiTe // Journal of Alloys and Compounds. – 2007. – Vol. 440. – P. 375–379.Yang, Sheng-Ming, Chang, Yin-Yu, Wang, Da-Yung, Lin, Dong-Yi and Wu, WeiTe // Journal of Alloys and Compounds. – 2007. – Vol. 440. – P. 375–379.I. Endler, M. Höhn, J. Schmidt, S. Scholz, M. Herrmann, M. Knaut, Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings obtained by chemical vapor deposition // Surf. Coat. Technol. – 2013. – Vol. 215. – P. 133–140.I. Endler, M. Höhn, J. Schmidt, S. Scholz, M. Herrmann, M. Knaut, Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings obtained by chemical vapor deposition // Surf. Coat. Technol. – 2013. – Vol. 215. – P. 133–140.Smyrnova K.V., Bondar O.V., Borba-Pogrebnjak S.O., Kravchenko Ya.O., Beresnev V.M., Zhollybekov B., Baimoldanova L. The microstructure and mechanical properties of (TiAlSiY)N nanostructured coatings // 2017 IEEE 7th International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties (NAP 2017). – Vol. 2. – P. 01FNC13-1-01FNC13-4.Smyrnova K.V., Bondar O.V., Borba-Pogrebnjak S.O., Kravchenko Ya.O., Beresnev V.M., Zhollybekov B., Baimoldanova L. The microstructure and mechanical properties of (TiAlSiY)N nanostructured coatings // 2017 IEEE 7th International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties (NAP 2017). – Vol. 2. – P. 01FNC13-1-01FNC13-4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.