Повышение окислительной стойкости жаропрочного никелевого сплава ЭП-718 ИД с помощью комбинированной технологии инженерии поверхности

Ф.В. Кирюханцев-Корнеев, А.Е. Кудряшов, А.Н. Шевейко, А.С. Орехов, Е.А. Левашов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 19 мая 2020; Исправлена: 01 июля 2020; Принята: 24 июня 2020
Цитирование: Ф.В. Кирюханцев-Корнеев, А.Е. Кудряшов, А.Н. Шевейко, А.С. Орехов, Е.А. Левашов. Повышение окислительной стойкости жаропрочного никелевого сплава ЭП-718 ИД с помощью комбинированной технологии инженерии поверхности. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4. С.371-376
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-371-376

Аннотация

-A combined technology for deposition of protective coatings on a heat-resistant nickel alloy Inconel 718, combining methods of electro-spark deposition and magnetron sputtering, is proposed.
-Double-layer MS-ESA MoSiB/ZrSiB and CrAlSiB/ZrSiB coatings  increase the oxidation resistance of the nickel alloy, respectively, by 12 and 40 times.Для повышения жаростойкости никелевого сплава ЭП-718 ИД (Inconel 718) предложен комбинированный способ нанесения покрытий, сочетающий технологии электроискрового легирования (ЭИЛ) и магнетронного напыления (МН). В качестве электродов применяли многофазные материалы составов ZrSiB (для технологии ЭИЛ), ZrSiB, MoSiB, CrAlSiB (для МН), полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Проведен комплекс исследований структуры, состава и свойств однослойных и комбинированных покрытий. В ЭИЛ слое выявлены фазы ZrB2 (73 вес.%), Si (21 вес.%), следы (<5 вес.%) Ni и NiSix. ЭИЛ слой характеризуется твердостью 19 ГПа и модулем упругости 351 ГПа. Основу слоя ZrSiB, полученного МН, составляла гексагональная фаза h-ZrB2 с размером кристаллитов 4 –17 нм. Кремний находился в аморфных областях. Твёрдость слоя — 22 ГПа, модуль упругости — 256 ГПа. МН-слой MoSiB имел выраженную конусную структуру. Основой являлась фаза h-MoSi2, также присутствовал аморфный MoB. Слой характеризовался твёрдостью 27 ГПа и модулем упругости 389 ГПа. В МН-слое CrAlSiB обнаружены фазы — Cr2Al, CrBx, CrSi2, твёрдость слоя — 19 ГПа, модуль упругости — 260 ГПа. В результате высокотемпературного воздействия при 900°С на поверхности сплава ЭП-718ИД образовалась оксидная пленка толщиной 4.8 мкм. Глубина окисленного слоя у двухслойных МН-ЭИЛ покрытий ZrSiB / ZrSiB составляла 9.2 мкм, MoSiB / ZrSiB — 0.4 мкм, CrAlSiB / ZrSiB — 0.12 мкм. Установлена барьерная роль ЭИЛ-подслоя, снижающая диффузию элементов материала подложки. Двухслойные покрытия MoSiB / ZrSiB и CrAlSiB / ZrSiB повышают жаростойкость никелевого сплава, соответственно в 12 и в 40 раз и могут быть рекомендованы для обработки деталей авиационных двигателей из никелевого сплава ЭП-718 ИД.

Ссылки (21)

1. E. N. Kablov. Liteynoye proizvodstvo. 7, 2 (2005). (in Russian) [Е. Н. Каблов. Литейное производство. 7, 2 (2005).].
2. B. S. Lomberg, S. A. Moses. All the materials. Encyclopedic reference book. 6, 2 (2007). (in Russian) [Б. С. Ломберг, С. А. Моисеев. Все материалы. Энциклопедический справочник. 6, 2 (2007).].
3. O. A. Bazyleva, E. G. Arginbaeva, S. A. Lutsk. Proceedings of VIAM. 4 (64), 3 (2018). (in Russian) [О. А. Базылева, Э. Г. Аргинбаева, С. А. Луцкая. Труды ВИАМ. 4 (64), 3 (2018).]. Crossref
4. O. G. Ospennikova. Aviation materials and technologies. S, 19 (2012). (in Russian) [О. Г. Оспенникова. АМИТ. S, 19 (2012).].
5. V. A. Poklad, Yu. P. Shkretov, N. V. Abraimov. Engine. 4 (70), 2 (2010). (in Russian) [В. А. Поклад, Ю. П. Шкретов, Н. В. Абраимов. Двигатель. 4 (70), 2 (2010).].
6. M. Khoking, V. Vasantasri, P. Sidki. Metallic and Ceramic Coatings: Manufacturing, Properties, and Application. Moscow, Mir (2000) 516 p. (in Russian) [М. Хокинг, В. Васантасри, П. Сидки. Металлические и керамические покрытия: Получение, свойства и применение (пер. с англ.). Москва, Мир (2000) 516 с.].
7. S. V. Nikolenko, A. D. Verkhoturov. New Electrode Materials for Electrospark Alloying. Vladivostok, Dal’nauka (2005) 217 p. (in Russian) [С. В. Николенко, А. Д. Верхотуров. Новые электродные материалы для электроискрового легирования. Владивосток, Дальнаука (2005) 217 с.].
8. D. A. Chubarov, S. A. Budinovsky, A. A. Smirnov. Aviation materials and technologies. 4 (45), 23 (2016). (in Russian) [Д. А. Чубаров, С. А. Будиновский, А. А. Смирнов. АМИТ. 4 (45), 23 (2016).].
9. S. Durdu, S. L. Aktug, K. Korkmaz. Surf. Coat. Technol. 236, 303 (2013). Crossref
10. N. Radek, K. Bartkowiak. Phys. Procedia. 39, 295 (2012). Crossref
11. A. Bejar, W. Schnake, W. Saavedra, J. P. Vildósolaet. J. Mater. Process. Tech. 176, 210 (2006). Crossref
12. D. V. Shtansky, I. V. Batenina, I. A. Yadroitsev, N. S. Ryashin, Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, A. E. Kudryashov, A. N. Sheveyko, I. Y. Zhitnyak, N. A. Gloushankova, E. A. Levashov. Surf. Coat. Technol. 208, 14 (2012). Crossref
13. Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, N. V. Shvyndina, A. D. Sytchenko, D. V. Shtansky, V. A. Gorshkov, E. A. Levashov. J. Phys.: Conf. Ser. 1431, 012027 (2020). Crossref
14. E. N. Kablov, S. A. Muboyajyan. Aviation materials and technologies. (in Russian) [Е. Н. Каблов, С. А. Мубояджян. АМТ. 5, 60 (2012).].
15. Advanced Materials and Technologies for Self-Propagating High-Temperature Synthesis. Moscow, Publishing House MISiS. (in Russian) [Е. А. Левашов, А. С. Рогачев, В. В. Курбаткина, Ю. М. Максимов, В. И. Юхвид. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Москва, Изд. Дом МИСиС (2011) 377 с.].
16. А. E. Kudryashov, A. Yu. Potanin, D. V. Shtansky, E. A. Levashov. Surf. Coat. Technol. 285, 278 (2016). Crossref
17. A. E. Kudryashov, D. N. Lebedev, A. Yu. Potanin, Surf. Coat. Technol. 335, 104 (2018). Crossref
18. A. E. Kudryashov, Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, M. I. Petrzhik, E. A. Levashov. CIS Iron and Steel Review. 18, 46 (2019). Crossref
19. Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, I. V. Iatsyuk, N. V. Shvyndina, E. A. Levashov, D. V. Shtansky. Corros. Sci. 123, 319 (2017). Crossref
20. Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, J. F. Pierson, K. A. Kuptsov, D. V. Shtansky. Appl. Surf. Sci. 314, 104 (2014). Crossref
21. Ph. V. Kiryukhantsev-Korneev, M. V. Lemesheva, N. V. Shvyndina, E. A. Levashov, A. Yu. Potanin. Prot. Met. Phys. Chem. 54 (6), 1147 (2018). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation - Project No. 0718-2020-0034 of State assignment