ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВ TiSiCN

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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/BF03545562

6. М. К. Бейер и Х. Клаузен-Шауманн Механохимия: механическая активация ковалентных связей // Chemical Reviews. – 2005. – Vol. 105. – P. 2921.

7. 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.

8. Болдырев, В. В. Механохимия и механическая активация твердых веществ / В. В. Болдырев // Успехи химии. – 2006. – Т. 75. – № 3. – С. 203–216.

9. Зельдович, Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер, – М.: Физматлит. – 2008 – 656 с.

10. Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Наноструктурные состояния в твердых телах // ФММ. – 2010. – Т. 110. – № 5. – С. 487-496.

11. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистком подходе к турбулентности: Пер. с франц. – М.: Мир. – 1991. – 368 с., ил. ISBN 5-03-001804-2

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.2007.07.046

16. 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. – 2017. – Vol. 109. – P. 285–296. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.01.002

17. 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. – 2017. – Vol. 127. – P. 198–208. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.03.012

18. 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. – 2017. – Vol. 644. – P. 115–119. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.09.053

19. 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. – 2010. – Vol. 519. – P. 1397–1403. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.08.150

20. Dong 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/10.1155/2008/690951

21. 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.

22. 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.

23. 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.