Разработка научных основ и технологии напыления жаростойких покрытий из Mn+1AXn фаз Ti-Al-C с использованием плазменно-ассистированного магнетронного распыления готовых мишеней, изготовленных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Одним из ключевых запросов современной промышленности к разработчикам новых материалов является работоспособность конечного изделия в экстремальных условиях, и зачастую эти условия представляют собой высокотемпературные агрессивные среды. Однако даже самые совершенные конструкционные сплавы часто ограничены окислением и деградацией поверхности, которые постепенно вызывают разрушение всего материала и полный выход детали из строя. В связи с этим по мере роста запросов промышленности к конструкционным сплавам, особенно авиакосмической отрасли, защита поверхности таких деталей, как лопатки турбореактивных двигателей, при помощи жаростойких покрытий стала незаменимой. Процесс развития таких покрытий продолжается уже несколько десятилетий, идет активный поиск новых материалов и развитие методов их нанесения. Сравнительно новый класс материалов, известный как Mn+1AXn (или МАХ) фазы, представляющие собой тройные гексагональные карбиды и нитриды двух металлов, имеет уникальное сочетание свойств, обычно присущих либо металлам, либо керамикам, в том числе высокое сопротивление окислению и коррозии у некоторых семейств МАХ фаз. Особенно явно выражена жаростойкость и стойкость к термоударам у МАХ фаз группы Ti-Al-C, причем из этих соединений уже изготавливают промышленные изделия. Упомянутые высокотемпературные характеристики МАХ фаз Ti-Al-C позволяют предположить, что жаростойкое покрытие, включающее в свой состав эти соединения, будет очень перспективным, что подтверждается большим количеством работ, посвященных этой проблематике. Однако задача получения таких покрытий еще не решена ввиду определенных физических явлений и ограничений на формирование МАХ фаз при низких температурах подложки. В данном проекте для нанесения жаростойких покрытий из МАХ фаз Ti-Al-C предполагается использовать метод магнетронного распыления, зарекомендовавший себя высоким качеством покрытий, широкими возможностями, хорошей управляемостью и сравнительно невысокой стоимостью с плазменным ассистированием. Формирование покрытий из сложных карбидов и нитридов реактивным магнетронным напылением представляет собой нетривиальную задачу, предъявляющую высокие требования к автоматизации оборудования и отработке технологии для обеспечения воспроизводимости, особенно в случае использования существенно различающихся по свойствам металлов в одном процессе. Поэтому в проекте предлагается использовать готовые мишени из МАХ фаз, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Эта технология представляет собой гибкий, недорогой и энергоэффективный инструмент производства готовых изделий и порошков из очень широкого класса соединений, в том числе МАХ фаз группы Ti-Al-C. Процесс синтеза позволяет широко управлять формированием соединений и минимизировать расходы на изготовление изделия, в данном случае на изготовление мишени для магнетронного распыления. Однако широкие возможности управления процессом, позволяя получать уникальные композиции, в то же время требуют изучения влияния параметров процесса на получаемый продукт и отработки технологии для изготовления мишеней для вакуумного напыления, особенно при изготовлении мишеней средних и больших размеров. Таким образом, междисциплинарный подход в этом проекте позволит разработать технологию магнетронного напыления покрытий из МАХ фаз Ti-Al-C с использованием мишеней, полученных методом СВС, исследовать фундаментальные процессы при синтезе мишени и исследовать влияние технологических режимов напыления на функциональные свойства покрытия.