ССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОКРЫТИЙ ZRCN ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПАРАМЕТРОВ HVOF-ПРОЦЕССА

В данном исследовании изучено влияние давления кислорода при высокоскоростном кислородно-топливном напылении (HVOF) на формирование и структурнофазовые характеристики покрытий ZrCN, нанесённых на сталь 65Г. Покрытия получали на установке «Termika-3» при фиксированных параметрах подачи топлива, воздуха и расстояния напыления, давление кислорода в диапазоне 4,0-4,5 бар. По результатам рентгенофазового анализа установлено, что основная матрица покрытий представлена твёрдым раствором Zr(C,N) с гранецентрированной кубической решёткой (Fm-3m). Повышение давления O₂ вызывает частичное термическое разложение ZrCN с образованием фаз ZrC, ZrN и оксидных соединений ZrO₂. Отмечено насыщение покрытия кислородом, измельчение зёрен и увеличение параметра решётки. Микротвёрдость покрытий (a-c) достигает 1512-1857 HV, что соответствует примерно пятикратному росту относительно исходного образца. На основании полученных данных показано, что регулирование давления кислорода в струе HVOF существенно влияет на фазовый состав, морфологию и качество адгезионных контактов, обеспечивая оптимальное сочетание твёрдости, пластичности и термостабильности.

1. Microstructure and Mechanical Properties of ZrN, ZrCN and ZrC Coatings Grown by Chemical Vapor Deposition / F. Frank et al // Coatings. – 2021. – № 11(5). – Р. 491. https://doi.org/10.3390/coatings11050491.

2. Shishkin R.A. The study of physico-chemical transformations in the process of low-temperature synthesis of zirconium carbide / R.A. Shishkin, V.S. Kudyakova, N.V. Zhirenkina // NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). – 2019. – № 2. – Р. 45-48. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-2-45-48.

3. Electrochemical performance of TiCN coatings with low carbon concentration in simulated body fluid / Q. Wang et al // Surf. Coat. Technol. – 2014. – № 253. – Р. 199-204. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.05.037.

4. Improving the Efficiency of Air Plasma Spraying of Titanium Nitride Powder / A. Kengesbekov et al // Coatings. – 2022. – № 12(11). – 1644. https://doi.org/10.3390/coatings12111644.

5. Preparation and Characterization of NiCr/NiCr-Al₂O₃/Al₂O₃ Multilayer Gradient Coatings by Gas Detonation Spraying / B. Rakhadilov et al // Coatings. – 2021. – № 11(12). – Р. 1524. https://doi.org/10.3390/coatings11121524.

6. Development and Studying of the Technology for Thermal Spraying of Coatings Made from Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene / M. Skakov et al // Coatings. – 2023. – № 13(4). – Р. 698. https://doi.org/10.3390/coatings13040698.

7. Oksa M. Nickel- and iron-based HVOF thermal spray coatings for high temperature corrosion protection in biomass-fired power plant boilers / M. Oksa // Dissertation. Aalto University, 2015. https://publications.vtt.fi/pdf/science/2015/S74.pdf.

8. Tan J.C. Optimisation of the HVOF thermal spray process for coating, forming and repair of components. Doctoral dissertation, Dublin City University, 1997.

9. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование. Минск: Беларус. наука, 2011. – 357 с.

10. Harrison R. Processing and Characterisation of ZrCxNy Ceramics as a Function of Stoichiometry via Carbothermic Reduction-Nitridation / R. Harrison // Doctoral dissertation, Imperial College London, 2015.

11. Larijani M.M. The effect of carbon fraction in Zr(C,N) films on the nano-structural properties and hardness / M.M. Larijani, M.B. Zanjanbar, A. Majdabadi // Journal of Alloys and Compounds. – 2010. – № 492(1-2). – Р. 735-738.

12. Матренин С.В. Структура и физико-механические свойства керамики на основе ZrCN / С.В. Матренин, Е.Д. Кузьменко // Инновационные технологии в машиностроении: сб. трудов XV Международной научно-практической конференции. Томск: ТПУ, 2024. С. 13-15.

13. Carbides of transition metals: Properties, application and production. Review / Yu.L. Krutskii et al // Part 2. Chromium and zirconium carbides. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. – 2023. – № 66(4). – Р. 445-458. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2023-4-445-458.

14. Ul-Hamid A. Synthesis, microstructural characterization and nanoindentation of Zr, Zr-nitride and Zr-carbonitride coatings deposited using magnetron sputtering / A. Ul-Hamid // Journal of Advanced Research. – 2021. – № 29. – Р. 107-119.

15. Марков Ю.М. Получение карбонитрида циркония в режиме СВС-Аз / Ю.М. Марков // Современные материалы, техника и технологии. – 2017. – № 6 (14). – Р. 88-93.

16. Матренин С.В. Структура и физико-механические свойства керамики на основе ZrCN / С.В. Матренин, Е.Д. Кузьменко // Инновационные технологии в машиностроении: сборник трудов XV Международной научно-практической конференции, г. Юрга, 23-25 мая 2024 г. – Р. 13-15.