Влияние условий магнетронного напыления на структуру жаростойких наноструктурированных покрытий из диоксида циркония ZrO2

Представлено получение методом магнетронного высокочастотного распыления керамической мишени наноструктурированных покрытий из стабилизированного диоксида циркония Zr(Y, Hf)O₂, имеющих двухфазную структуру, состоящую из моноклинной и тетрагональной фаз. Установлено, что парциальное давление кислорода O2 в рабочей камере влияет на соотношение фаз, в частности, увеличение давления O₂ (от 0,23 до 0,65 Па) приводит к значительному возрастанию объемной доли моноклинной фазы в напыляемом покрытии (от 15 до 85 %). Показано, что размер зерен в формирующейся наноструктуре чувствителен к количеству O2 лишь при низких парциальных давлениях (менее 0,35 Па); формирование однофазной (тетрагональной) структуры в покрытии происходит после отжига при температуре 1100 °С и выше, при этом наноструктурированность материала сохраняется; переход к однофазной структуре сопровождается увеличением микротвердости покрытия.

Литература

[1] Каблов Е.Н., Мубояджян С.А. Жаростойкие и теплозащитные покрытия для лопаток турбины высокого давления перспективных ГТД (2012). URL: http://viam.ru/public/files/2011/2011-205895.pdf (дата обращения 5 июня 2015).

[2] Тамарин Ю.А., Качанов Е.Б. Электронно-лучевая технология нанесения теплозащитных покрытий. Новые технологические процессы и надежность ГТД, 2008, вып. 7, с. 144–158.

[3] Сергеев В.П., Нейфельд В.В., Сунгатулин А.Р., Сергеев О.В., Федорищева М.В., Никалин А.Ю. Увеличение термоциклической стойкости покрытий на основе Zr–Y–O, полученных методом магнетронного осаждения. Известия Томского политехнического университета, 2010, т. 317, № 2, с. 111–115.

[4] Song H.W., Guo S.R., Hu Z.Q. Coherent polycrystal model for the inverse Hall-Petch relation in nanocrystalline materials. Nanostructured Materials, 1999, vol. 11, no. 2, pp. 203–210.

[5] Sanchez-Hernandeza Z.E., Dominguez-Crespoa M.A., Torres-Huertaa A.M., Onofre-Bustamantea E., Andraca Adamec J., Dorantes-Rosalesd H. Improvement of adhesion and barrier properties of biomedical stainless steel by deposition of YSZ coatings using RF magnetron sputtering. Materials characterization, 2014, vol. 91, pp. 50–57.

[6] Гынгазовa С.А., Франгульян Т.С., Васильев И.П. К вопросу об определении фазового состава в объеме образцов циркониевой керамики. Системы. Методы. Технологии, 2013, № 2, с. 102–105.

[7] Филипов Р.А., Фрэйген А.Б. Критический радиус включений диоксида циркония в эффекте трансформационного упрочнения керамик. Физическая мезомеханика, 2014, т. 17, № 2, с. 55–64.

[8] Матренин С.В., Слосман А.И. Техническая керамика. Томск, Томский политехнический университет, 2004. 75 с.

[9] Майссел Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. Т. 1. Москва, Советское радио, 1977. 664 с.

[10] Заводинский В.Г., Чибисов А.Н. О стабильности кубического диоксида циркония и стехиометрических наночастиц диоксида циркония. Физика твердого тела, 2006, т. 48, № 2, с. 343–347.

[11] Andrieuxa M., Ribota P., Gasquиresa C., Servetb B., Garryb G. Effect of the oxygen partial pressure on the toughness of tetragonal zirconia thin films for optical applications. Applied Surface Science, 2012, vol. 263, pp. 284–290.

[12] Aldebert R., Traverse J.P. Structure and Ionic Mobility of Zirconia at High Temperature. Journal of the American Ceramic Society, 1985, vol. 68, pp. 34–40.