ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ КАРБИДАМИ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Прогресс в области производства жаропрочных сплавов, ядерной энергетики, промышленной высокотемпературной химии обуславливает необходимость применения материалов, способных выдерживать воздействие высоких температур, а также совершенствование функциональных и эксплуатационных характеристик (твердости, прочности, износостойкости, коррозионной стойкости, срока службы) сталей и чугунов. Cуществующие соединения обладают низкими термостойкими свойствами и ограниченным ресурсом работы, повышение которого – актуальная задача, решаемая при помощи модифицирования. Модифицирование является одним из эффективных и относительно недорогих способов изменения структуры различных промышленных сплавов. Наиболее перспективными материалами, имеющими длительный срок эксплуатации и сохраняющими высокую твердость в широком диапазоне температур, являются карбиды тугоплавких химических соединений. Рассмотрены различные способы модифицирования карбидами тугоплавких металлов. Представлена характеристика многослойных и однослойных покрытий. Приведено обоснование модифицирующего эффекта, оказываемого на структуру сплавов тугоплавкими химическими соединениями карбидов. Результаты модифицирования углеродистой конструкционной стали карбидом вольфрама показали повышение ресурса работы стали на 70 %. Выявлено, что высокая доля зерна карбидной тугоплавкой фазы обеспечивает малый размер кристаллов, что приводит к более высокой твердости и прочности покрытия. Анализ модифицированной поверхности алюминия показал зависимость свойств поверхностного слоя от режимов процесса модификации. Установлено, что карбид тантала склонен к термическому разрушению, устраняемому дополнительным легированием. Представленные подходы к модифицированию поверхности металлов и сплавов могут стать решением проблемы отсутствия материалов, применяемых при нагреве высокотемпературными потоками до температур, превышающих 2000 – 2500 °С, в условиях воздействия агрессивных сред. кристаллическая структура.

1. Климов Д.А., Мыктыбеков Б., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Перспективы применения наноструктурных композиционных материалов на основе карбидов и оксидов тугоплавких металлов для авиакосмических объектов. В кн.: Труды МАИ. Технологии материалов. 2011:1–8.

2. Елизарова Ю.А., Захаров А.И. Высокотемпературные защитные покрытия функционального назначения. Научные исследования и разработки. Новые огнеупоры. 2020;(10):52-60.

3. Hatamleh M. I., Mahadevan J., Malik A. Prediction of residual stress random fields for selective laser melted A357 aluminum alloy subjected to laser shock peening. Journal of Manufacturing Science & Engineering. 2019;141(10):101011.

4. Сатаева Н.Е., Емельяненко К.А., Домантовс-кий А.Г. Лазерная обработка алюминиевых сплавов для создания атмосферостойких супергидрофобных покрытий. Российские нанотехнологии. 2020;15(2):158‒163.

5. Куис Д.В., Волочко А.Т., Шегидевич А.А., Свидунович Н.А., Омелюсик А.В., Лежнев С.Н., Мухамедзянова Э.Р., Кузнецова О.Н. Композиционные материалы, полученные при обработке алюминиевого расплава лигатурами, содержащими углеродные частицы. Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(18):143‒145.

6. Тошев М.Т. Применение нитридов качестве модификаторов алюминия. Политехнический вестник. Инженерные исследования. 2019;1(45):93–96. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-110-117. EDN: TDWYFZ.

7. Shinkaryov A.S., Ozherelkov D.Y., Pelevin I.A. Laser fusion of aluminum powder coated with diamond particles via selective laser melting: Powder preparation and synthesis description. Coatings. 2021;11(10):1219.

8. Liu A., Guo M., Hu H. Improved wear re-sistance of low carbon steel with plasma melt injection of WC particles. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010;1(19):848–851.

9. Шульман Д.А., Скудин В.В., Шамкина Н.А. Получение тонких слоев карбидов молибдена на поверхности микрофильтрационных мембран. Успехи в химии и химической технологии. 2010;5(24):46–51.

10. Рузиев У.Н., Гуро В.П., Шарипов Х.Т., Каю- мов Б.Б., Ниязматов А.А. Сырье для модифицированных твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Химический журнал Казахстана. 2022;1(77):37 – 48.

11. Schalk N., Tkadletz M., Mitterer C. Hard coa-tings for cutting applications: Physical vs. chemical vapor deposition and future challen-ges for the coatings community. Surface and Coatings Technology. 2022;2(15):429–441. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127949

12. Нориега Флорес М.Х., Строкина И.В., Трофимова А. Д. и др. Анализ методов модифицирования алюминиевых сплавов. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;2(52):110‒117. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-110-117. EDN: TDWYFZ.

13. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Третьяков Р.С., Мисюров А.И., Асютин Р.Д., Дренин А.А., Пересторонин А.В. Повышение износостойкости стали методом лазерного поверхностного модифицирования карбидом вольфрама. Вестник ВНИИЖТ. 2019;78(5):290‒296.

14. Крючков П.М. Совершенствование твердого сплава для буровых работ за счет применения вакуумного спекания в сочетании с легированием карбидом тантала. Физическая мезомеханика. Технологии материалов. 2002;20(4):117 – 121.

15. Mariappan T. Recent developments of intu-mescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences. 2016;34(2):120‒163.

16. Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L. Surface modification by electrical discharge machining: A review. Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(8):367–368.

17. Сытченко А.Д., Фатыхова М.Н., Кузне- цов В.П., Купцов К.А., Петржик М.И., Кудряшов А.Е., Кирюханцев-Корнеев Ф.В. Покрытия на основе карбида тантала, полученные методами магнетронного распыления и электроискрового легирования, для повышения износостойкости деталей за-порной арматуры. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023;17(3):67–78.

18. Калюжный Д.Г., Палабугин М.В., Бурны-шев И.Н., Лыс В.Ф., Ладьянов В.И. Формирование керамического покрытия на поверхности алюминиевого сплава ВАЛ10 при лазерном модифицировании в растворе полисиликатов. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2024;18(2):53–60.

19. Кочанов Г.П., Костиков И.А., Ковалев И.А., Канныкин С.В., Шевцов С.В., Конова- лов А.А. Синтез тугоплавкой керамики на основе карбида циркония прямой карбидизацией циркония. ВГТУ. Неорганические материалы. 2023;59(2):202–207.

20. Голиков А.Ю., Головин Е.Д., Савенко Т.И., Кузнецов В.А., Черепанов А.Н. Модифицирование алюминиевых сплавов мелкодисперсными тугоплавкими частицами с целью повышения их механических свойств. Известия вузов. Функциональные покрытия. 2021:303–304.

21. Witkin D.B., Patel D.N., Helvajian H. Surface treatment of powder-bed fusion additive manufactured metals for improved fatigue life. Journal of Materi Engineering and Perform. 2019;28:681–692.

22. Zeng, Yi, Dini Wang, Xiang Xiong. Ablation-resistant carbide Zr0, 8Ti0, 2C0, 74B0, 26 for oxidizing environments up to 3000 °C. Nature Communications. 2017;17(8):35–46.

23. Mariappan T. Recent developments of intu-mescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences. 2016;34(2):120–163.

24. Jinliang Z., Qingsong W., Dave B. A review of selective laser melting of aluminum alloys: Processing, microstructure, property and developing trends. Journal of Materials Science & Technology. 2019;35(2):270–284.

25. Пантелеева А.В., Никонова Р.М. Модифи-цирование алюминия упрочняющими фазами TiB2 и TiC методом СВС в расплаве. Химическая физика и мезоскопия. 2019;21(1):65–69.

26. Шиганов И.Н., Самарин П.Е. Модифицирование поверхности алюминиевых сплавов карбидами кремния методом лазерного оплавления. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2012;5:62‒68.

27. Olakanmi E.O., Cochrane R.F., Dalgarno K.W. A review on selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties. Progress in Materials Science. 2015;74:401‒477.

28. Pratik S., Subhasisa N., Guanjun W. Surface property modifications of silicon carbide ce-ramic following laser shock peening. Journal of the European Ceramic Society. 2017;37(9):302–308.

29. Luo H., Yazdi M. A., Chen S., Sun H., Gao F., Heintz O., Monteynard A., Sanchette F., Billard A. Structure, mechanical and tribological properties, and oxidation resistance of TaC/a-C:H films deposited by high power impulse magnetron sputtering. Ceramics International. 2022;17(3):249–250.

30. Du S., Wen M., Yang L., Ren P., Meng Q., Zhang K., Zheng W. Structural, hardness and toughness evolution in Si-incorporated TaC films. Ceramics International. 2018;44(8):931–935.

31. Lurie S., Belov P., Solyaev Yu., Aifantis E.C. On one class of applied gradient models with simplified boundary problems. Mater. Phys. Mech. 2017;32(3):353‒369.