Ученые НИТУ МИСИС создали «самозалечивающееся» защитное покрытие для сплавов на основе ниобия
Исследователи Университета МИСИС в сотрудничестве с коллегами из Китая создали защитное покрытие для изделий из ниобиевых сплавов, которые применяются в энергетической и химической отраслях. Покрытия увеличивают износостойкость ниобиевой подложки в 25 раз, а жаростойкость — на несколько порядков.
Благодаря высокой термо- и коррозионной стойкости, тугоплавкие металлы, в том числе ниобиевые сплавы, незаменимы при производстве нефтегазоперерабатывающего оборудования, электролитических конденсаторов, емкостей для расплавленных металлов и т.д. Однако при высоких температурах в окислительных средах они подвержены износу и разрушению.
Чтобы продлить срок службы таких изделий и сформировать защитное покрытие, авторы применили метод искрового плазменного спекания — передовую методику обработки материалов, использующую импульсный постоянный ток для создания высокоэффективных уникальных микроструктур, которые трудно получить традиционными способами.
В качестве исходного сырья ученые использовали полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) порошки, содержащие смесь дисилицида молибдена из промышленных отходов нагревательных элементов с силицидами и боридами циркония, гафния и ниобия.
«На подложках из ниобиевого сплава мы создали покрытие, которое препятствует диффузии атомов кислорода вглубь материала, тем самым защищая от окисления при высоких температурах и дальнейшего разрушения. За счет образования слоистой структуры, состоящей из боросиликатного стекла, оксидов и силикатов циркония и гафния, оно обладает эффектом самозалечивания дефектов», — рассказал один из авторов разработки, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) НИТУ МИСИС, директор Научно-учебного центра СВС МИСИС-ИСМАН (НУЦ СВС), член-корреспондент РАН Евгений Левашов.
Спекание порошков в интервале 1400–1600 °C позволило сформировать газонепроницаемый защитный слой, обеспечивающий многократное увеличение термической и окислительной стойкости.
«При спекании между покрытием и подложкой формируется прочная диффузионная зона, которая позволяет достичь рекордной жаростойкости и устойчивости к циклическим тепловым нагрузкам», — добавил еще один участник исследования, профессор кафедры ПМиФП НИТУ МИСИС, заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС НИТУ МИСИС, доктор технических наук Филипп Кирюханцев-Корнеев.
«”Самозалечивающееся” покрытие, созданное нашими исследователями под руководством профессора Евгения Левашова значительно превосходит по жаро- и износостойкости традиционную ниобиевую подложку. Новый материал найдет применение в сферах, где оборудование эксплуатируется с высокой интенсивностью, в условиях экстремальных температур», — прокомментировала полученные результаты ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда и Государственного фонда естественных наук Китая.