TiSiCN ЖАБЫНДАРЫН АЛУ ӘДІСТЕРІ ЖӘНЕ РЕАКТИВТІ ПЛАЗМАЛЫҚ БҮРКУ ӘДІСТЕРІНЕ ҚЫСҚАША ШОЛУ

Қазіргі заманауи материалтану алдында көп функционалды жабындары бар жаңа материалдарды әзірлеу міндеті тұр. Мұндай жабындары бар материалдар технологияның әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады: құрылыс және энергетика, микроэлектроника, авиация және т.б. Көп функциялы қорғаныс жабындарын қолдану технологиясының пайда болуы мен дамуының негізгі себебі әртүрлі машина механизмдерінің бөлшектері мен тораптарының беріктігін арттыруға ұмтылу болып табылады. Өтпелі металдардың нитридтері мен карбонитридтеріне негізделген тозуға төзімді қатты жабындар соғу және экструзиялық қалыптардың және жоғары жылдамдықты өңдеу құралдарының қызмет ету мерзімін ұзарту үшін кеңінен қолданылады. Соңғы екі онжылдықта бұл жабындарды кеңінен қолдану олардың қасиеттерін одан әрі жақсарту мақсатында жаңа процестер мен материалдардың дамуын ынталандырды және қолдады. Осы жабындардың ішінде TiSiN және TiSiCN сияқты жабындардың жоғары қаттылығы, жоғары тотығуға төзімділігі және жоғары термиялық тұрақтылығы жағынан қойылған талаптарға сай трибологиялық қолдану үшін болашағы зор материал болып табылады. Сонымен қатар, TiSiCN жабыны тозуға және коррозияға жоғары төзімділігіне, сондай-ақ жоғары қаттылыққа және төмен үйкеліс коэффициентіне байланысты теңіз кеңістігінде қолданылатын болашағы бар материал болып табылады. Бұл қасиеттер комбинациясы TiSiCN болатын жабындарды автомобиль және мұнай өнеркәсібіндегі қорғаныс қабаттары үшін әлеуетті үміткерлер ете алады.

Мақалада алынған жабындардың қасиеттерін бақылау үшін әртүрлі тұндыру әдістерін қолдана отырып, TiSiCN жабындарын алу мүмкіндіктері және реактивті плазмалық бүрку әдісінің ерекшеліктері қысқаша шолу қарастырылды. Жұмыста қазіргі уақытта қолданылатын карбонитридті жабындарды алудың ең кең таралған әдістері мен технологиялары сипатталған. Өнеркәсіптік жабындарға арналған маңызды инновацияларды ескере отырып, плазмалық бүріккішпен жабу технологиялары саласындағы соңғы әзірлемелер мен ағымдағы үрдістер қарастырылады. Физика немесе химия бойынша іргелі және қолданбалы зерттеулер нәтижесінде алынған жаңа тұжырымдар негізделген. Мақалада тозуға төзімді TiSiCN жабындарын алу сипаттамаларына және тозуға төзімді жабындарды алу үшін реактивті плазмалық бүркуді қолдану ерекшеліктеріне салыстырмалы шолу жасалған. Әдебиеттерді талдау негізінде, реактивті плазмалық технологияның одан әрі дамуы әлемдік ғылымның тенденцияларына сәйкес келетін коррозиялық және трибологиялық жоғары сипаттамалары бар композиттік жабындардың түзілуінің жаңа ресурс үнемдейтін әдісін әзірлеумен байланысты болады деп тұжырым жасауға болады.

1. Dong Yanchun, Yan Dianran, He Jining, Zhang Jianxin, Xiao Lisong, and Li Xiangzhi. Studies on Nanocrystalline TiN Coatings Prepared by Reactive Plasma Spraying. Nanomechanics and Nanostructured Multifunctional Materials: Experiments, Theories, and Simulations. – Vol. 2008, – Article ID 690951. https://doi.org/10.1155/2008/690951

2. Y. Cheng, T. Browne, B. Heckerman, E. Meletis, Mechanical and tribological properties of nanocomposite TiSiN coatings, Surf. Coat. Technol. 204 (2010) 2123– 2129.

3. 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. 184 (2004) 182–187.

4. 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 390 (2017) 93–103.

5. 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. 202 (2007) 915–919.

6. 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. 215 (2013) 133–140.

7. Y. Guo, S. Ma, K. Xu, T. Bell, X. Li, H. Dong, Transmission electron microscopy microstructural characterization of Ti–Si–C–N coatings, J. Mater. Res. 23 (2011) 198–203. https://doi.org/10.1557/jmr.2008.0019

8. 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. 55 (2007) 6350–6355. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.046

9. Y. 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. 109 (2017) 285–296. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.01.002

10. Y. 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. 127 (2017) 198–208. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.012

11. J. 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 644 (2017) 115–119. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.053

12. Yang, Sheng-Ming, Chang, Yin-Yu, Wang, Da-Yung, Lin, Dong-Yi and Wu, WeiTe. (2007). Journal of Alloys and Compounds, 440, 375–379

13. L. 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 519 (2010) 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.150

14. Matlab N Mirzayev, Anca C Parau, Lyubomir Slavov, Mihaela Dinu, Dimitar Neov, Zdravka Slavkova, Evgeni P. Popov, Maria Belova, Kanan Hasanov, Fuad A. Aliyev, Alina Vladescu Dragomir. TiSiCN as Coatings Resistant to Corrosion and Neutron Activation. Materials (Basel). 2023 Feb 23;16(5):1835. https://doi.org/10.3390/ma16051835

15. Mohammad Abedi, Amir Abdollah-zadeh, Antonello Vicenzo, Massimiliano Bestetti, Farid MovassaghAlanagh, Elyad Damerchi1Wei Li. A comparative study of the mechanical and tribological properties of PECVD single layer and compositionally graded TiSiCN coatings. Ceramics International Volume 45, Issue 17, Part A, 1 December 2019, P. 21200–21207.

16. Li, W., Liu, P., Xue, Z. et al. Microstructures, mechanical behavior and strengthening mechanism of TiSiCN nanocomposite films. Sci. Rep. 7, 2140 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-02186-1

17. I. Endler, M. Hóhn, J. Schmidt, S. Scholz, M. Herrmann, M. Knaut, Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings obtained by chemical vapor deposition, Surf. Coat. Technol. 215 (2013) 133–140. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.10.067

18. 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. 202 (2007) 915–919. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.05.073

19. H. Xu, X. Nie, R. Wei, Tribological behavior of a TiSiCN coating tested in air and coolant, Surf. Coat. Technol. 201 (2006) 4236–4241. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.08.066

20. D. Yanchun, Y. Dianran, H. Jining, Z. Jianxin, X. Lisong, L. Xiangzhi, Studies on nanocrystalline TiN coatings prepared by Reactive Plasma Spraying, J. Nanomater. (2008) Article ID 690951. https://doi.org/10.1155/2008/690951

21. Feng W, Yan D, He J et al. Microhardness and toughness of the TiN coating prepared by reactive plasma spraying. Appl Surf Sci, 2005, 243(1–4):204–213.

22. H. Xu, X. Nie, R. Wei, Tribological behavior of a TiSiCN coating tested in air and coolant. Surface and Coatings Technologyю Volume 201, Issue 7, 20 December 2006, P. 4236–4241.

23. S.L. Ma, D.Y. Ma, Y. Guo, B. Xu, G.Z. Wu, K.W. Xu, P.K. Chu, Synthesis and char- acterization of super hard, self-lubricating Ti–Si–C–N nanocomposite coatings, Acta Mater. 55 (2007) 6350–6355. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2007.07.046

24. L. Johnson, L. Rogström, M. Johansson, M. Odén, L. Hultman, Microstructure evolution and age hardening in (Ti, Si)(C, N) thin films deposited by cathodic arc evaporation, Thin Solid Films 519 (2010) 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.150

25. E. Thangavel, S. Lee, K.-S. Nam, J.-K. Kim, D.-G. Kim, Synthesis and characterization of Ti–Si–C–N nanocomposite coatings prepared by a filtered vacuum arc method, Appl. Surf. Sci. 265 (2013) 60–65. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.10.107

26. I. Endler, M. Hóhn, J. Schmidt, S. Scholz, M. Herrmann, M. Knaut, Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings obtained by chemical vapor deposition, Surf. Coat. Technol. 215 (2013) 133–140, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.10.067

27. Y. Tanno, A. Azushima, Effect of counter materials on coefficients of friction of TiN coatings with preferred grain orientations, Wear 266 (2009) 1178–1184.

28. R.A. Rosu, V.A. Serban, A.I. Bucur, et al., Deposition of titanium nitride and hydroxyapatite-based biocompatible composite by reactive plasma spraying, Appl. Surf. Sci. 258 (8) (2012) 3871–3876.

29. Y.F. Qin, L.Y. Zhu, J.N. He, et al., Microstructure and tribological properties of TiCN-Al2O3 composite coatings fabricated by reactive plasma spraying, Vacuum 147 (2018) 149–157.

30. P.V. Ananthapadmanabhan, P.R. Taylor, Titanium carbide–iron composite coatings by reactive plasma spraying of ilmenite, J. Alloy Compd. 287 (1999) 121– 125.

31. D. Yanchun, Y. Dianran, H. Jining, Z. Jianxin, X. Lisong, L. Xiangzhi, Studies on nanocrystalline TiN coatings prepared by Reactive Plasma Spraying, J. Nanomater. (2008) Article ID 690951. https://doi.org/10.1155/2008/690951

32. Feng W, Yan D, He J et al. Microhardness and toughness of the TiN coating prepared by reactive plasma spraying. Appl Surf Sci, 2005, 243(1–4):204–213.

33. Liu Z, Yan D, Dong Y et al. The effect of modified epoxy sealing on the electrochemical corrosion behavior of reactive plasma-sprayed TiN coatings. Corros Sci, 2013, 75(7):220–227.

34. C. Li, F. Zhang, J. He and F. Yin, Preparation and Properties of Reactive Plasma Sprayed TiC-Ti5Si3Ti3SiC2/Al Coatings from Ti-Si-C-Al Mixed Powders, Mater. Chem. Phys., 2021, 269, P. 124772.

35. F. Zhang, J. He, K. Chen, et al., Microstructure evolution and mechanical properties of TiCN-Cr nano/micro composite coatings prepared by reactive plasma spraying, Appl. Surf. Sci. 427 (2018) 905–914.

36. F. Zhang, C. Li, S. Yan, et al., Microstructure and tribological properties of plasma sprayed TiCN-Mo based composite coatings, Appl. Surf. Sci. 464 (2019) 88–98.

37. Y.F. Qin, L.Y. Zhu, J.N. He, et al., Microstructure and tribological properties of TiCN-Al2O3 composite coatings fabricated by reactive plasma spraying, Vacuum 147 (2018) 149–157.

38. Plasma-sprayed Ti-6Al-4V coatings in a reactive nitrogen atmosphere up to 250 kPa V. Guipont, R. Molins, M. Jeandin, F. Evry, G. Barbezat, Ch. Wholen.

39. Dong Yanchun, Yan Dianran, He Jining, Zhang Jianxin, Xiao Lisong, and Li Xiangzh. Studies on Nanocrystalline TiN Coatings Prepared by Reactive Plasma Spraying. January 2008 Journal of Nanomaterials 2008(1). https://doi.org/10.1155/2008/690951

40. P. Mi, J. He, Yu. Qin, et al., Nanostructured Reactive Plasma Spraying of TiCN Coatings, Surf. Coat. Technol. 309 (2017) 1–5.

41. L. Xiao, D. Yang, J. He et al., Nanostructured TiN Coating Produced by Atmospheric Reactive Plasma Spraying, Appl. Surf. scientific 253 (18) (2007) 7535– 7539.

42. C. Li, F. Zhang, J. He, F. Yin, Preparation and properties of reactive plasma spraying of TiC-Ti5Si3-Ti3SiC2/Al coatings from mixed Ti-Si-C-Al powders, Material. chem. Phys., 2021, 269, P. 124772.

43. Zhang F, He J, Chen K, et al., Microstructure Evolution and Mechanical Properties of Reactive Plasma Sprayed TiCN-Cr Nano/Microcomposite Coatings, Appl. Surf. scientific 427 (2018) 905–914.

44. L. Xiao, D. Yan, J. He, et al., Nanostructured TiN coating prepared by reactive plasma spraying in atmosphere, Appl. Surf. Sci. 253 (18) (2007) 7535–7539.

45. J. Liu, C. Liang, The improvement of toughness and tribological properties of nio- bium nitride film by addition of copper, Vacuum 143 (2017) 59–62.

46. K. Ma, X. Cao, X. Xue, Mechanical properties, microstructure and grain orientation of hot pressed WB2 ceramics with Co as a sintering additive, Ceram. Int. 45 (12) (2019) 14718–14727.

47. Rakhadilov B.K., Buitkenov D.B., Sagdoldina Zh., Seitov B., Kurbanbekov Sh., Adilkanova M. Structural features and tribological properties of detonation gun sprayed Ti– Si–C coating. Coatings, 2021, 11(2), 1–13, 141.

48. Rakhadilov B.K., Buitkenov D.B., Adilkhanova M., Sagdoldina Zh.B., Kurbanbekov Sh. K. Influence of pulse plasma treatment on the phase composition and microhardness of detonation coatings based on Ti-Si-C // Bulletin of Karaganda University. – 2021. – No. 2 (102).