Автоматическая сварка, 2019, №05



2019 №05 (02)

DOI of Article 10.15407/as2019.05.03

2019 №05 (04)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 5, 2019, с.25-35

Структура и фазовый состав плазменных покрытий ZrB₂–SiC–AlN на поверхности композиционного материала C/C-SiC

Ю.С. Борисов¹, А.Л. Борисова¹, А.П. Грищенко¹, Н.В. Вигилянская¹, М.В. Коломыцев¹, М.А. Васильковская²

¹ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. 03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²ИПМ им. И.Н. Францевича НАН Украины. 03142, г. Киев, ул. Кржижановского, 3

Исследован процесс формирования на поверхности композиционного материала С/С–SiC защитного плазменного покрытия ZrB₂–SiC–АlN. Нанесение покрытия было проведено с использованием дозвуковой Аr/N₂-плазменной струи и сверхзвуковой струи воздушно-газового плазмотрона. Установлена роль межфазных явлений, протекающих в процессе плазменного напыления в объеме частиц композиционного порошка ZrB₂–SiC–АlN, в формировании слоя покрытия. Показано, что состав и скорость напыляющей плазменной струи оказывают влияние на структуру и фазовый состав образующегося ZrB₂–SiC–АlN-покрытия. Проведено испытание стойкости полученных покрытий к термоциклическому нагреву струей пламени кислород-пропан-бутановой горелки. Покрытие толщиной 400 мкм показало сохранение защитных свойств после 15 термоциклов. Изучено влияние термоциклического нагрева на формирование в результате процесса окисления в защитном покрытии трехзонной структуры, строение и фазовый состав которой были исследованы методами РСФА и РСМА. Установлено, что поверхностный слой покрытия после термоциклического нагрева состоит из матрицы на основе Аl₂SiО₅ с субмикронными включениями ZrО₂. Библиогр. 25, табл. 3, рис. 9.
Ключевые слова: плазменное напыление, защитное покрытие, композиционный материал, ультравысокотемпературная керамика, микроструктура, фазовый состав, межфазное взаимодействие, оксидные микровключения

Поступила в редакцию 13.02.2019
Подписано в печать 04.04.2019

Список литературы

1. Сорокин О.Ю., Гращенков Д.В., Солнцев С.Ст., Евдокимов С.А. (2014) Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов (обзор). Труды ВИАМ, 06-08.
2. Roger R. (2005) Naslain, Fiber-reinforced ceramic matrix composites: state of the art, challenge and perspective. Composites, 5, 1, 3–19.
3. Krenkel W., Berndt F. (2005) C/C-SiC composites for space applications and advanced friction systems. Mat. Sc. and Engng. A, 412, 177–181.
4. Heidenreich B. (2007) Carbon fibre reinforced SiC materials based on melt infiltration. Proc. of 6th Int. Conf. on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC 6).
5. Kumar S., Chandra R., Kumar A. et al. (2015) C/SiC composites for propulsion application. Composites and nanostructures, 7, 4, 225–230.
6. Ткаченко Л.А., Шувалов А.Ю., Берлин А.А. (2012) Защитные жаропрочные покрытия углеродных материалов. Неорганические материалы, 48, 3, 261–271.
7. Лебедева Ю.Е., Попович Н.В., Орлова Л.А. (2013) Защитные высокотемпературные покрытия для композиционных материалов на основе SiC. Труды ВИАМ, 12, 1–7.
8. Xiang Yang, Chen Zhao-hui, Cao Feng (2014) High-temperature protective coatings for C/SiC composites. J. of Asian Ceramic Societies, 2, 4, 305–309.
9. Sufang Tang, Jingyi Deng, Shijun Wang et al. (2007) Ablation behaviours of ultra-high temperature ceramic composites. Mat. Sc. and Engng. A, 465, 1–7.
10. Marschall J., Pejakovic D.A., Fahrenholtz W.G. et al. (2009) Oxidation of ZrB2–SiC Ultrahigh – Temperature Ceramic Composites in Dissociated Air. J. of Thermophysics and Heat Transfer, 23, 2, 267–278.
11. Valente T., Bartuli C., Visconti G., Tului M. Plasma sprayed Ultra High Temperature Ceramics for Thermal Protection Systems, Proc. ITSC`2000, 837–841.
12. Bartuli C., Valente T., Tului M. (2001) High temperature behavior of plasma sprayed ZrB2-SiC composite coatings. Thermal Spray 2001: New Surfaces for a New Millenium. Ohio, USA, pp. 259–262.
13. Bartuli C., Valente T., Tului M. (2002) Plasma sprayed deposition and high temperature characterization of ZrB2-SiC protective coatings. Surfaces and Coating Technology, 155, 260–273.
14. Tului M., Ruffini F., Arezzo F. et al. (2002) Some properties of atmospheric air and inert gas high-pressure plasma sprayed ZrB2 coatings. Ibid, 151-152, 483–489.
15. Tului M., Marino G., Valente T. (2006) Plasma spray deposition of ultra high temperature ceramics. Ibid, 201, 2103–2108.
16. Tului M., Lionetti S., Pulci G. et al. (2008) Effects of heat treatments on oxidation resistance and mechanical properties of ultra high temperature ceramic coatings. Ibid, 202, 4394–4398.
17. Tului M., Lionetti S., Pulci G. et al. (2010) Zirconium diboride based coatings for thermal protection of re-entry vehicles: Effect of MoSi2 addition. Ibid, 205, 1065–1069.
18. Zou B., Khan Z.S., Fan X. et al. (2013) A new double layer oxidation resistant coating based on Er2SiO8/LaMgAl11O19 deposited on C/SiC Composites by atmospheric plasma spraying. Ibid, 219, 101–108.
19. Zou B., Khan Z.S., Gu L., Fan X. et al. (2012) Microstructure, oxidation protection and failure mechanism of Yb2SiO5/LaMgAl11O19 coating deposited on C/SiC composites by atmospheric plasma spraying. Corrosion Science, 62, 192–200.
20. Григорьев О.Н., Панасьок А.Д., Подчерняева И.А. и др. (2018) Механизм высокотемпературного окисления композиционной керамики на основе ZrВ2 системы ZrВ2–SiC–AlN. Порошковая металлургия, 1/2, 93–98.
21. Борисов Ю.С., Кривцун И.В., Эритт У. (2000) Компьютерное моделирование процесса плазменного напыления. Автоматическая сварка, 12, 42–51.
22. Петров С.В., Карп И.Н. (1993) Плазменное газовоздушное напыление. Киев, Наукова думка.
23. Орданьян С.С., Дмитриев А.И., Морошкина Е.С. (1987) Взаимодействие SiC с ZrВ2. Известия АН СССР. Неорганические материалы, 1752–1754.
24. Кривошеин Д.А., Маурах М.А., Дергунова В.С. и др. (1980) Механизм формирования стеклообразных пленок на поверхности материала системы ZrВ2–ZrС–SiC–С при его окислении. Порошковая металлургия, 8, 58–62.
25. Торопов Н.И., Барзаковский В.П., Лапин В.В. и др. (1972) Диаграммы состояния силикатных систем (справочник). Вып. 3. Ленинград, Наука, сс. 290–293.