Ученые МИСИС создали сверхтвердые жаропрочные покрытия
Ученые НИТУ МИСИС разработали новые сверхтвердые покрытия на основе хрома, алюминия, кремния и бора, обладающие повышенной стойкостью к окислению и термической стабильностью при температуре до 1300 °C.
Режущие инструменты, штампы, пресс-формы, компоненты двигателей, гидравлические системы, узлы трибосопряжения и подшипники регулярно подвергаются высоким нагрузкам, трению и нагреву. Чтобы защитить их от быстрого износа, коррозии и термического разрушения, используют специальные покрытия. Традиционный нитрид хрома улучшает износостойкость изделий, но многие высокотемпературные трибологические применения требуют покрытий с еще большей стойкостью к окислению и термической стабильностью.
«Коллектив наших исследователей создал сверхтвердые покрытия, которые найдут применение в экстремальных условиях — при высоких температурах, в агрессивных средах. Сплав на основе хрома, алюминия, кремния и бора продлит срок службы оборудования и деталей, используемых в авиации, энергетике и машиностроении», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Исследователи Университета МИСИС получили новые покрытия с помощью метода магнетронного распыления с использованием композитных керамических мишеней. Изменяя соотношения химических элементов, лежащих в основе многокомпонентных составов, авторы добились улучшения механических, трибологических и термических свойств материала. Ученые установили, что высокое содержание хрома формирует прочную основу материала, а бор и кремний повышают его твердость и износостойкость. Алюминий, в свою очередь, отвечает за устойчивость к высоким температурам и защищает поверхность от окисления.
«Мы исследовали 4 варианта покрытий, которые продемонстрировали хорошую стойкость к окислению при температурах до 1200 °C, что связано с образованием защитных поверхностных пленок на основе оксидов хрома и алюминия. Один из образцов успешно противостоял окислению при 1300 °C, что обусловлено высокой концентрацией алюминия, который участвует в образовании промежуточного слоя между верхним слоем оксида хрома и неокисленным покрытием, предотвращая диффузию кислорода в глубину покрытия», — пояснил один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (НУЦ СВС) МИСИС-ИСМАН, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) МИСИС, доктор технических наук Филипп Кирюханцев-Корнеев.
«Мы получили покрытия, которые обладают превосходными механическими и трибологическими свойствами, а также повышенной химической и коррозионной стойкостью. При длительной эксплуатации они выдерживают температуру на 100-300 градусов больше, чем аналоги», — отметил руководитель исследования, директор НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН, заведующий кафедрой ПМиФП, член-корреспондент РАН Евгений Левашов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания.