Двойные карбиды хрома и алюминия, легированные кремнием. Влияние условий осаждения на их свойства

А.П. Рубштейн, А.Б. Владимиров, Е.А. Кравцов С.А. Плотников

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, г. Екатеринбург

 

Получены и исследованы CrAlSiC покрытия, осажденные в различных условиях генерации углеродной плазмы: распыление графита (CrAlSiC(I)) или деструкция ацетилена (CrAlSiC(II)). Для генерации ионов Cr, Al и Si использован катодно-дуговой источник с CrAlSi катодом.  Независимо от способа генерации плазмы в покрытиях формируется непрерывный углеродный кластер (матрица) и образуется химическая связь между кремнием и алюминием. Аморфная матрица CrAlSiC(I) содержит включения SiC (10-30 нм) и пронизана сетью дендритоподобных структур алюминия. Структура CrAlSiC(II) однородна, не содержит дендритоподобных образований, а включения имеют размер 7-8 нм. Структурные особенности влияют на свойства покрытий. Механическое несоответствие и слабая связь между дендритами и матрицей в CrAlSiC(I) приводят к образованию трещин и микроканалов, снижающих коррозионную стойкость. В то же время, нанокристаллы карбида кремния снижают коэффициент трения (0.05) и повышают износостойкость. Однородная структура и наличие оксидных пленок обеспечивают высокую коррозионную стойкость CrAlSiC(II). По механическим характеристикам это покрытие уступает CrAlSiC(I).

 
 
Рис. 1. Структура CrAlSiC(I) (а) и CrAlSiC(II) (б) (электронная микроскопия) и зависимости коэффициента сухого трения от времени пары покрытие - стальной шарик (Ø 6 мм, нагрузка 3 Н) (в).

 

  1. Structure and corrosion behaviours of CrxAl(Si)yC coatings fabricated by vacuum arc discharge technique. [Текст] / A.P. Rubshtein, A.B. Vladimirov, S.A. Plotnikov, V.B. Vykhodets, T.E. Kurennykh // Letters on Materials. — 2022. — V. 12. — P. 121 — 125.

  2. Tribological properties of CrAlSiC coatings fabricated under various conditions for generating carbon plasma [Текст] / A.P. Rubshtein, V.A. Zavalishin, A.B. Vladimirov, S.A. Plotnikov // Journal of Physics: Conference Series. — 2021. — V. 1799. — P. 12026 — 12029.

  3. Structure and Properties of CrAlSiC Films Deposited by the Vacuum-Plasma Technique under Various Conditions [Текст] / A.P. Rubshtein, A.B. Vladimirov, S.A. Plotnikov, E.G. Volkova // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. — 2021. — V. 15. — P. 961 — 965.