Исследователи НИТУ «МИСИС» совместно с коллегами из Китая создали защитное покрытие для изделий из ниобиевых сплавов, используемых в энергетике и химической промышленности. Новое покрытие превышает износостойкость ниобиевой подложки без обработки в 25 раз и демонстрирует более высокую жаростойкость. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-49-00141) и Государственного фонда естественных наук Китая (грант № 52261135546).
Ниобиевые сплавы применяются в производстве нефтегазоперерабатывающего оборудования, электролитических конденсаторов и ёмкостей для расплавленных металлов. Эти материалы обладают высокой термо- и коррозионной стойкостью, но при воздействии высоких температур в окислительных средах подвержены износу и разрушению. Для увеличения срока службы таких изделий учёные использовали метод искрового плазменного спекания. Он основан на применении импульсного постоянного тока и позволяет формировать плотные микроструктуры, которые трудно получить традиционными способами.
Исходные порошки для покрытия были получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. В их состав вошли дисилицид молибдена, выделенный из промышленных отходов нагревательных элементов, а также силициды и бориды циркония, гафния и ниобия.
Как отметил член-корреспондент РАН Евгений Левашов, на подложках из ниобиевого сплава создано покрытие, препятствующее проникновению кислорода в материал. Это защищает его от окисления и разрушения при высоких температурах. Благодаря слоистой структуре, состоящей из боросиликатного стекла, оксидов и силикатов циркония и гафния, покрытие способно самозалечивать возникающие дефекты.
Спекание порошков при температуре от 1400 до 1600 °C позволило сформировать газонепроницаемый слой, обеспечивающий повышение термической и окислительной стойкости. Результаты исследования опубликованы в журналах International Journal of Refractory Metals and Hard Materials и Surface Engineering and Applied Electrochemistry.
По словам профессора кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий Филиппа Кирюханцева-Корнеева, при спекании между покрытием и подложкой формируется прочная диффузионная зона. Это обеспечивает устойчивость материала к циклическим тепловым нагрузкам и рекордную жаростойкость.
Ректор НИТУ «МИСИС» Алевтина Черникова подчеркнула, что разработанное «самозалечивающееся» покрытие значительно превосходит традиционные материалы по износо- и жаростойкости и может применяться в оборудовании, работающем при экстремальных температурах.
Источник: habr.com