Настоящая статья является продолжением исследований TiNiZrCuCr, изложенных нами в предыдущей работе. В этой статье показано, что отмеченное выше покрытие обладает плотностью более низкой (5,8 г/см3) и твердостью в три раза большей (9,6 ГПа) по сравнению с известными сплавами и покрытиями, которые считаются высокоэнтропийными. Коэффициент трения отмеченного выше покрытия равен k = 0,04, что подобно трению слоистых кристаллов. Цель работы – выяснить причину столь разительных отличий. Эксперимент показал, что из пяти высокоэнтропийных покрытий ZrTiCrNiCu три имеют ГКЦ-структуру, TiCr2 дает фазу Лавеса и NiTi дает мартенсит со структурой B19?. Микротвердость в сочетании с низким коэффициентом трения приводит к хорошей износостойкости покрытия ZrTiCrNiCu. Нанесение такого покрытия на детали локомотивов подвижного состава показало увеличение срока службы в 4 раза. Покрытия наносили на детали из стали DTRKZ4AC00446. Очень хорошие характеристики покрытий из мишени ZrTiCrNiCu, скорее всего, связаны с никелидами титана и циркония. Эти соединения обладают свойством памяти формы. Прикладное направление в использовании отмеченных выше никелидов титана состоит в разработке устройств, которые тепловую энергию превращали бы в механическую, например при движении валов, приводов и т.д. В таких аппаратах сплав, который обладает эффектом памяти, зависит от термомеханических воздействий, например силовое нагружение, изменение температуры многократно или изменение температуры через неполный или полный промежуток мартенситного преобразования.
This work is a continuation of the work of TiNiZrCuCr, set forth by us in a previous work. In this work, it was shown that the coating noted above has a lower density (5.8 g / cm3) and a hardness three times higher (9.6 GPa) in comparison with the known alloys and coatings, which are considered highly entropic. The friction coefficient of the coating noted above is k = 0.04 and is similar to the friction of layered crystals. The purpose of the work is to find out the reason for such striking differences. The experiment showed that of the five highly entropic ZrTiCrNiCu coatings, three have an MCC structure, TiCr2 gives the Laves phase, and NiTi gives martensite with the B19 ? structure. Microhardness in combination with a low coefficient of friction leads to good wear resistance of the ZrTiCrNiCu coating. The application of such a coating to parts of locomotives of rolling stock showed an increase in service life by 4 times. The coatings were made on steel parts DTRKZ4AC00446. The very good performance of the coatings from the ZrTiCrNiCu target is most likely due to titanium and zirconium nickelides. These compounds have the property of shape memory. An applied direction in the use of titanium nickelides noted above is the development of devices that would convert thermal energy into mechanical energy, for example, when moving shafts, drives, etc. In such devices, an alloy that has a memory effect depends on thermomechanical influences, for example, force loading, a change in temperature many times, or a change in temperature through an incomplete or full interval of martensitic transformation.
1. Yeh J.W., Chen Y.L., Lin S.J. High-entropy alloys – a new era of exploitation // Materials Science Forum. 2007. Vol. 560. P. 1–9.
2. Азаренков Н.А., Соболь О.В., Береснев В.М., Погребняк А.Д., Колесников Д.А., Турбин П.В., Торяник И.Н. Вакуумно-плазменные покрытия на основе многоэлементных нитридов // Металлофизика и новейшие технологии / Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2013. Т. 35. № 8. С. 1061–1084.
3. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Печковский Э.П. Новый класс материалов – высокоэнтропийные сплавы и покрытия // Вестник ТГУ. 2013. Т. 18. № 4. С. 1938–1940.
4. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Андреев А.О., Крапивка Н.А. Сверхтвердые покрытия из высокоэнтропийных сплавов // Наука и инновации. 2013. Т. 9. № 5. С. 32–39.
5. Погребняк А.Д., Багдасарян А.А., Якущенко И.И., Береснев В.М. Структура и свойства высокоэнтропийных сплавов и нитридных покрытий на их основе // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 11. С. 1027–1061.
6. Максимчук И.Н., Ткаченко В.Г., Вовчок А.С., Медалович Н.П., Макаренко Е.С. Кинетика распада и термическая стабилизация литого сплава системы Mg-Al-Ca-Mn-Ti // Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36. № 1. С. 1–15.
7. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Печковский Э.П., Карпец М.В. Связь соотношения ?-фазы и ГЦК-фазы с электронной концентрацией литых двухфазных высокоэнтропийных сплавов // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 2. С. 72–84.
8. Табачникова Е.Д., Лактионова М.А., Семеренко Ю.А., Шумилин C.Э., Подольский А.В. Механические свойства высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrCuFeNi в разных структурных состояниях в интервале температур 0,5–300 К // Физика низких температур. 2017. Т. 43. № 9. С. 1381–1395.
9. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Даниленко Н.И., Копылов В.И. Влияние пластической деформации на фазовый состав и свойства высокоэнтропийных сплавов // Научные заметки. 2016. № 54. С. 326–338.
10. Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Фирстов С.А. Высокоэнтропийные сплавы – электронная концентрация – фазовый состав – параметр решетки – свойства // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 10. С. 1017–1029.
11. Юров В.М., Гученко С.А. Антифрикционные свойства высокоэнтропийного покрытия TiNiZrCuCr // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 10. С. 97–101.
12. Юркова A.И., Чернявский В.В., Кравченко А.И. Формирование структуры и фазового состава нанокристаллического сплава CuNiAlFeCr методом механического легирования // Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36. № 4. С. 477–490.
13. Юров В.М., Гученко С.А. Толщина поверхностного слоя высокоэнтропийных покрытий CrNiTiZrCu // Национальная ассоциация ученых (НАУ). 2019. № 44. Часть 1. С. 40–44.
14. Wang Q., Ding N., Cui Y.Y., Dai Y., Liu B.X. An intermediate fcc Zr state observed in the Cu–Zr–Ni system upon ion beam mixing. Materials Letters. 2012. V. 89. P. 90–92.
15. Лякишева Н.П. (ред.). Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 2000. 832 с.
16. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Крапивка Н.А., Печковский Э.П., Карпец М.В. Влияние характеристик литых многокомпонентных эквиатомных двухфазных сплавов на количественное соотношение содержащихся в них поликомпонентной фазы Лавеса С14 и ОЦК-твердого раствора замещения // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 3. С. 127–144.
17. Комаров В.С. Диаграммы деформации, структурообразование и свойства объемных сплавов Ti-Ni, деформированных в изотермических условиях: дис. … канд. тех. наук. Москва, 2018. 153 с.
18. Петров А.А. Функциональные свойства никелида титана при термомеханических воздействиях, характерных для активных устройств: дис. … канд. физ.-мат. наук. Санкт-Петербург, 2004. 114 с.