Наконечний С. О. Формування структури та властивостей захисних покриттів із суміші порошків «високоентропійний сплав – тугоплавка сполука» холодним газодинамічним напиленням

Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структури, фазового складу та комплексу властивостей захисних композиційних покриттів на основі високоентропійного сплаву (ВЕС) з додаванням тугоплавких сполук (ТС), отриманих методом холодного газодинамічного напилення (ХГН), для їх потенційного використання в умовах окисних і корозійних агресивних середовищ, підвищених температур, та зношування. У роботі наведено літературний огляд останніх досліджень за темою дисертаційної роботи. Представлено аналіз основних особливостей та властивостей ВЕС, а також композиційних матеріалів на їхній основі. Широко розглянуто та проаналізовано літературні дані щодо різних типів покриттів з ВЕС та композитів на їх основі, а також переваги та недоліки різних методів отримання. У другому розділі дисертаційної роботи наведено інформацію щодо складу ВЕС, обґрунтування підбору вихідних металевих компонентів для отримання ВЕС та ТС для армування. Представлено методику отримання ХГН покриттів та всі відповідні методики щодо дослідження структури, фазового складу, механічних властивостей та термостабільності порошкових матеріалів і композиційних покриттів, а також стійкості покриттів до корозії, окиснення та зносу. У третьому розділі дисертаційної роботи представлено результати дослідження структури та фазового складу вихідних порошків ВЕС та показано, що AlNiCoFeCrTi ВЕС має композиційну структуру на основі ОЦК твердого розчину з включеннями σ–фази та TiC, а AlNiCoFeCr ВЕС складається з ОЦК твердого розчину та включень ГЦК твердого розчину. В четвертому розділі дисертаційної роботи досліджено вплив технологічних параметрів ХГН (тиск та температура потоку стисненого повітря) на характеристики (товщина, відносна щільність, структура, фазовий склад, та механічні властивості) покриттів з порошків ВЕС та їх сумішей з ТС – диборидом титану та керамічним композитом на основі карбіду бору, армованого волокнами дибориду титану. Встановлено, що за різних параметрів тиску (від 0,7 МПа до 0,9 МПа) та температури (від 200 °С до 550 °С) потоку стисненого повітря фазовий склад та структура вихідних порошків зберігається, в той час як підвищення тиску та/або температури стисненого повітря в декілька разів підвищує товщину покриттів, а також приводить до подрібнення їх структури. Додавання ТС до складу AlNiCoFeCr ВЕС суттєво збільшує кінетичну енергію частинок та в десятки разів підвищує товщину композиційних покриттів, а отримані композиційні покриття мають відмінну комбінацію мікротвердості та в'язкості руйнування, у порівнянні з композиційними покриттями на основі чистих металів і їх сплавів та інших ВЕС, отриманих високотемпературними методами напилення. У п’ятому розділі дисертаційної роботи досліджено термічну стабільність структури, фазового складу та механічних властивостей отриманих композиційних покриттів на основі AlNiСоFeCr ВЕС з додаванням ТС та встановлено, що стабільність фазового складу та структурного стану покриттів, отриманих ХГН, зберігається до температури 1000 °С та перевищує термічну стабільність композитів з матрицею з традиційних сплавів, що обумовлено багатоелементним складом ВЕС матриці та впливом високої ентропії змішування, яка збільшує стабільність твердих розчинів за високих температур у порівнянні з інтерметалічними та іншими упорядкованими фазами. Крім цього, вперше встановлено можливість підвищення твердості, в’язкості руйнування та зносостійкості композиційних покриттів на основі AlNiСоFeCr ВЕС з додаванням ТС, отриманих ХГН, за рахунок відпалу за температури 1000 ºС (в зоні температур фазового перетворення ГЦК⟶ОЦК). В шостому розділі дисертаційної роботи досліджено стійкість отриманих композиційних покриттів на основі AlNiСоFeCr ВЕС з додаванням ТС в умовах електрокорозії та високотемпературного окиснення. Встановлено, що покриття, армовані диборидом титану, мають вищу за нержавіючу сталь 316L електрокорозійну стійкість в 3,5 % розчині NaCl завдяки формуванню на поверхні суцільної та щільної пасивувальної плівки оксиду хрому, натомість, покриття, армовані композитною керамікою, не володіють антикорозійними властивостями через відсутність суцільної пасивувальної плівки на поверхні та утворення складних оксидів різного складу. Відпал композиційних покриттів на основі AlNiСоFeCr ВЕС з додаванням ТС за температури 800 ºС та 1000 ºС підвищує їх стійкість до окиснення завдяки як збільшенню розміру зерен/субзерен і, відповідно, зменшенню кількості границь зерен/субзерен (шляхів прискореної дифузії) та нижчої швидкості дифузії кисню, так і формуванню суцільного та щільного шару оксиду алюмінію, який запобігає дифузії атомів кисню та захищає покриття та підкладку від внутрішнього окиснення протягом 100 годин за температури 900 ºС. Стійкість до окиснення покриттів ВЕС-диборид титану та ВЕС–(карбід бору-диборид титану)після відпалу за температури 800 ºС та 1000 ºС в 1,8 і 1,3 рази, відповідно, перевищує стійкість до окиснення нержавіючої сталі 316L.