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 превосходят ниобиевую подложку без спецобработки в 25 раз по износостойкости и на несколько порядков по жаростойкости.
Благодаря высокой термо- и коррозионной стойкости, тугоплавкие металлы, в том числе ниобиевые сплавы, незаменимы при производстве нефтегазоперерабатывающего оборудования, электролитических конденсаторов, ёмкостей для расплавленных металлов и др. Однако при высоких температурах в окислительных средах они подвержены износу и разрушению. Чтобы продлить срок службы таких изделий и сформировать защитное покрытие, учёные применили метод искрового плазменного спекания — передовую методику обработки материалов, использующую импульсный постоянный ток для создания высокоэффективных уникальных микроструктур, которые трудно получить обычными способами.
В качестве исходного сырья методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) были получены порошки, содержащие смесь дисилицида молибдена из промышленных отходов нагревательных элементов с силицидами и боридами циркония, гафния, 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», — отметил Евгений Левашов, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), директор Научно-учебного центра СВС МИСИС-ИСМАН (НУЦ СВС).
Спекание порошков в интервале 1400–1600 °C позволило сформировать газонепроницаемый защитный слой, обеспечивающий многократное увеличение термической и окислительной стойкости. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научных журналах International Journal of Refractory Metals and Hard Materials и Surface Engineering and Applied Electrochemistry.
«При спекании между покрытием и подложкой формируется прочная диффузионная зона, которая позволяет достичь рекордной жаростойкости и устойчивости к циклическим тепловым нагрузкам», — добавил д.т.н. Филипп Кирюханцев-Корнеев, профессор кафедры ПМиФП, заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС НИТУ МИСИС.
«Инженерные решения учёных Университета МИСИС, ведущего вуза страны в области новых технологий и материалов, успешно применяются в различных высокотехнологичных наукоёмких отраслях – от химической промышленности до атомной энергетики. «Самозалечивающееся» покрытие, созданное нашими исследователями под руководством директора НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН, члена-корреспондента РАН, д.т.н., профессора Евгения Левашова значительно превосходит по жаро- и износостойкости традиционную ниобиевую подложку. Новый материал найдёт применение в сферах, где оборудование эксплуатируется с высокой интенсивностью, в условиях экстремальных температур», — сказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-49-00141) и Государственного фонда естественных наук Китая (грант № 52261135546).
