Уникальную технологию нанесения защитных покрытий для ответственных узлов и деталей современной техники разработали учёные НИТУ «МИСиС».
«Эти результаты имеют важнейшее значение для исследователей, которые работают в области создания многофункциональных покрытий», — такую оценку дала руководитель «Ресурсного центра спецметаллургии» и международной НИЛ «Механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий» ЮУрГУ, д.т.н., профессор Марина Самодурова.
Технология должна стать интересна металлургам: при её использовании оригинальная архитектура полученных покрытий даёт прирост стойкости к коррозии и высокотемпературному окислению в 1,5 раза по сравнению с существующими техническими решениями. Результаты опубликованы в журнале Ceramics International.
Меньше коррозии и выше износоустойчивость
Оригинальность технологии заключается в соединении в едином технологическом вакуумном цикле преимуществ трёх методов осаждения, основанных на различных физических принципах. Применив эти методы, учёные Университета «МИСиС» получили многослойное покрытие с высокими характеристиками износостойкости, коррозионной стойкости и жаростойкости.
«Мы впервые получили защитные покрытия из электродов на основе карбида хрома со связкой NiAl (Cr3C2 – NiAl) путём последовательной реализации в одной установке методов электроискрового легирования (ЭИЛ), катодно-дугового осаждения (КДО) и магнетронного напыления (МН). Созданное покрытие обладает композиционной микроструктурой, которая позволяет совместить полезные эффекты всех трёх методов», — рассказал заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» научно-учебного центра СВС МИСиС-ИСМАН (НУЦ СВС) Филипп Кирюханцев-Корнеев.
По его словам, сначала поверхность обрабатывалась методом ЭИЛ в вакууме, который обеспечивает перенос материала электрода Cr3C2 – NiAl на изделие, обеспечивая высокую прочность сцепления покрытия с подложкой.
На второй стадии при КДО, ионы, летящие с катода, заполняют дефекты первого слоя, залечивая трещины и создавая более плотный структурно-однородный слой с высокой коррозионной стойкостью.
На третьей стадии методом МН формируется поток атомов, который выравнивает рельеф поверхности. В результате образуется герметичный жаростойкий верхний слой, препятствующий диффузии кислорода из агрессивных сред.
Прочные узлы для двигателей и насосов
«Изучая структуру каждого слоя с использованием просвечивающей электронной микроскопии, были обнаружены два защитных эффекта — повышение несущей способности за счёт нижнего слоя вещества и герметизация дефектов при осаждении следующих двух слоев. В результате получено трёхслойное покрытие в полтора раза более стойкое, чем базовые покрытия, как к коррозии, так и к высокотемпературному окислению как в жидких, так и в газообразных средах. Это без преувеличения важный результат», — подчеркнул Кирюханцев-Корнеев.
По оценкам учёных, такие покрытия позволят повысить срок службы и рабочие характеристики ответственных узлов двигательных установок, насосов и других деталей, подвергающихся одновременному воздействию износа и коррозии.
«Новизна представленного материала заключается именно в чередовании и применении различных методов для создания многослойного покрытия, где каждый слой имеет своё назначение и дополняет своими характеристиками предыдущий, то есть несёт свою определяющую роль», — считает Марина Самодурова.
По словам эксперта, в настоящее время технологии, связанные с инженерией поверхности, актуальны и востребованы в различных отраслях промышленности, а парк технологического оборудования постоянно растёт. Важно, что на этом рынке присутствует оборудование и российских производителей, что повышает конкурентоспособность производимой продукции и научных исследований.
В ближайшее время учёные планируют расширить сферы использования комбинированной технологии применительно к модифицированию жаропрочных титановых и никелевых сплавов.
