Перспективы применения покрытий для улучшения поверхностных свойств литых композиционных материалов

Литейное производство представляет собой многогранную отрасль, позволяющую получать изделия практически любой конфигурации и геометрических размеров. Данные изделия могут быть представлены материалами на основе различных металлов и сплавов, биметаллов и композиционных материалов. Полученные изделия могут быть с равномерными или градиентными свойствами. Однако для получения изделия со свойствами в несколько раз отличающимися на поверхности и в объеме отливки, целесообразно нанесение покрытий со свойствами, позволяющими улучшить работу покрытия. В работе рассматривается получение литых композиционных материалов с улучшенными поверхностными свойствами. Рассмотрены различные типы покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов, керметов, полимеров, углеродных нанотрубок, способных повышать свойства литых композиционных материалов, приведены их классификация и особенности нанесения на поверхность композиционного материала. Показаны перспективы использования этих покрытий для улучшения свойств литых композиционных материалов.

1. Андрушевич, А. А. Литейная технология изготовления деталей сельскохозяйственной техники из композиционных материалов / А. А. Андрушевич, В. А. Калиниченко // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК: материалы Междунар. науч.‑техн. конф. Минск, 7–8 июня 2018 г. – Минск: БГАТУ, 2018. – С. 225–228.

2. Особенности получения медно‑чугунных композитов с использованием литейных технологий / А. С. Калиниченко [и др.] // Металлургия: Респ. межвед. сб. науч. тр. – Минск: БНТУ, 2017. – Вып. 38. – С. 101–105.

3. Андрушевич, А. А. Особенности получения композиционных материалов с матрицей на основе меди / А. А. Андрушевич, В. А. Калиниченко // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК: материалы Междунар. науч.‑техн. конф. Минск, 6–7 июня 2019 г. – Минск: БГАТУ. – 2019. – С. 151–156.

4. Nanostructured high‑entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes / J. W. Yeh [et al.]. – Advanced Engineering Materials. – 2004. – Vol. 6, iss. 5. – P. 299–303.

5. Relative effects of enthalpy and entropy on the phase stability of equiatomic high‑entropy alloys / F. Otto [et al.] // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61, iss. 7. – P. 2628–2638.

6. Влияние микроструктуры на механические свойства при растяжении высокоэнтропийного сплава AlCoCrCuFeNi / А. В. Кузнецов [и др.] // Научные ведомости Белгородского гос. ун‑та. Математика. Физика. – 2012. – № 11. – С. 191–205.

7. Ивченко, М. В. Структура, фазовые превращения и свойства высокоэнтропийных металлических сплавов на основе AlCrCoNiCu: дис. … канд. физ.‑мат. наук: 01.04.07 / М. В. Ивченко. – Екатеринбург, 2015. – 167 с.

8. Влияние содержания никеля на износостойкость литого высокоэнтропийного сплава VCrMnFeCoNix / М. В. Карпец [и др.] // Современная электрометаллургия. – 2015. – № 1. – С. 56–60.

9. Рогачев, А. С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов / А. С. Рогачев // Физика металлов и металловедение. – 2020. – Т. 121, № 8. – С. 807–841.

10. Башев, В. Ф. Структура и свойства высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNiSnx / В. Ф. Башев, А. И. Кушнерев // Физика металлов и металловедение. – 2014. – Т. 115, № 7. – C. 737–741.

11. Yeh, J.-W. Alloy design strategies and future trends in high‑entropy alloys / J.‑W. Yeh // JOM. – 2013. – Vol. 65, iss. 12. – P. 1759–1771.

12. Microstructures and properties of high‑entropy alloys / Y. Zhang [et al.] // Progress in Materials Science. – 2014. – Vol. 61. – P. 1–93.

13. Cantor, B. Multicomponent and high entropy alloys / B. Cantor // Entropy. – 2014. – Vol. 16, iss. 9. – P. 4749–4768.

14. Miracle, D. B. A critical review of high entropy alloys and related concepts / D. B. Miracle, O. N. Senkov // Acta Materialia. – 2017. – Vol. 122. – P. 448–511.

15. High‑entropy alloys: fundamentals and applications / M. C. Gao [et al.] // Сham: Springer International Publishing. – 2016. – 524 p.

16. Zhang, W. Science and technology in high‑entropy alloys / W. Zhang, P. K. Liaw, Y. Zhang // Science China Materials. – 2018. – Vol. 61, iss. 1. – P. 2–22.

17. High‑entropy alloys – a new era of exploitation / J.‑W. Yeh [et al.] // Materials Science Forum. – 2007. – Vol. 560. – P. 1–9.

18. Formation of simple crystal structures in Cu‑CoNi‑Cr‑Al‑Fe‑Ti‑V alloys with multiprincipal metallic elements / J.‑W. Yeh [et al.] // Metallurgical and Materials Transactions: A. – 2004. – Vol. 35. – P. 2533–2536.

19. Mechanical properties, microstructure and thermal stability of a nanocristalline CoCrFeMnNi high‑entropy alloy after severe plastic deformation / B. Schuh [et al.] // Acta Materialia. – 2015. – Vol. 96. – P. 258–268.

20. Надутов, В. М. Влияние алюминия на тонкую структуру и распределение химических элементов в высокоэнтропийных сплавах AlxFeNiCoCuCr / В. М. Надутов, С. Ю. Макаренко, П. Ю. Волосевич // Физика металлов и металловедение. – 2015. – Т. 116, № 5. – С. 467–472.

21. The microstructure and mechanical properties of novel Al‑Cr‑Fe‑Mn‑Ni high‑entropy alloys with trimodal distributions of coherent B2 precipitates / L. J. Zhang [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 757. – P. 160–171.

22. Особенности фазообразования и формирования структуры в высокоэнтропийных сплавах системы AlCrFeCoNiCux (x = 0; 0.5; 1.0; 2.0; 3.0) / Н. А. Крапивка [и др.] // Физика металлов и металловедение. – 2015. – Т. 116, № 5. – С. 496–504.

23. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2004. – Vol. 375–377. – P. 213–218.

24. Regulating the strength and ductility of a cold rolled FeCrCoMnNi high‑entropy alloy via annealing treatment / J. Gu [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 755. – P. 289–294.

25. Microstructure and elevated temperature properties of a refractory TaNbHfZrTi alloy / O. N. Senkov [et al.] // Journal of Materials Science. – 2012. – Vol. 47. – P. 4062–4074.

26. Трофименко, Н. Н. Проблемы создания и перспективы использования жаропрочных высокоэнтропийных сплавов / Н. Н. Трофименко, И. Ю. Ефимочкин, А. Н. Большакова // Авиационные материалы и технологии. – 2018. – № 5. – С. 3–8.

27. Nanocrystalline CoCrFeNiCuAl high‑entropy solid solution synthesized by mechanical alloying / K. B. Zhang [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2009. – Vol. 485, iss. 1–2. – P. L31–L34.

28. Alloying behavior, microstructure and mechanical properties in a FeNiCrCo0.3Al0.7 high entropy alloy / W. P. Chen [et al.] // Materials and Design. – 2013. – Vol. 51. – P. 854–860.

29. Alloying behavior and novel properties of CoCrFeNiMn high‑entropy alloy fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering / W. Ji [et al.] // Intermetallics. – 2015. – Vol. 56. – P. 24–27.

30. Microstructure and mechanical properties of Ni1.5Co1.5CrFeTi0.5 high entropy alloy fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering / I. Moravcik [et al.] // Materials and Design. – 2017. – Vol. 119. – P. 141–150.

31. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe‑Cr‑Co‑Ni‑Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала / Н. А. Кочетов [и др.] // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2018. – № 2. – С. 35–42.

32. Properties of high‑strength ultrafine‑grained CoCrFeNiMn high‑entropy alloy prepared by short‑term mechanical alloying and spark plasma sintering / F. Prusa [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Vol. 734. – P. 341–352.

33. Effects of milling time, sintering temperature, Al content on the chemical nature, microhardness and microstructure of mechanically synthesized FeCoNiCrMn high entropy alloy / M. D. Alcala [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 749. – P. 834–843.

34. TiZrNiCuAl and TiNbNiCuAl alloys by thermal explosion and high‑energy ball milling / S. G. Vadchenko [et al.] // International Journal of Self‑Propagating High‑Temperature Synthesis. – 2019. – Vol. 28, iss. 2. – P. 137–142.

35. Рогачев, А. С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику / А. С. Рогачев, А. С. Мукасьян. – М.: Физматлит, 2012. – 398 с.

36. СВС‑металлургия литых высокоэнтропийных сплавов на основе переходных металлов / В. Н. Санин [и др.] // Доклады НАН Беларуси. – 2016. – Т. 470, № 4. – С. 421–426.

37. Mechanical properties, deformation behaviors and interface adhesion of (AlCrTaTiZr)Nx multi‑component coatings / S. Y. Chang [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 204, iss. 20. – P. 3307–3314.

38. Effects of substrate bias on the structure and mechanical properties of (Al1.5CrNb0.5Si0.5Ti) Nx coatings / W. J. Shen [et al.] // Thin Solid Films. – 2012. – Vol. 520. – P. 6183–6188.

39. Dolique, V. High‑entropy alloys deposited by magnetron sputtering / V. Dolique, A. L. Thomann, P. Brault // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2011. – Vol. 39, iss. 11. – P. 2478–2479.

40. Influence of substrate bias, deposition temperature and post‑deposition annealing on the structure and properties of multiprincipal‑component (AlCrMoSiTi) N coatings / H. W. Chang [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 202. – P. 3360– 3366.

41. Nanostructured multi‑element (TiZrNbHfTa) C hard coatings / V. Braic [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 211. – P. 117–121.

42. High strength dual‑phase high entropy alloys with a tunable monolayer thickness / Z. H. Cao [et al.] // Scripta Materialia. – 2019. – Vol. 173. – P. 149–153.

43. Soft magnetic Fe26.7Co26.7Ni26.6Si9B11 high entropy metallic glass with good bending ductility / R. Wei [et al.] // Materials Letters. – 2017. – Vol. 197. – P. 87–89.

44. Strong metallic glass: TiZrHfCuNiBe high entropy alloy / Y. Tong [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 820. – Art. 153119.

45. Башев, В. Ф. Структура и свойства литых и жидкозакаленных высокоэнтропийных сплавов системы Al–Cu–Fe–Ni–Si / В. Ф. Башев, А. И. Кушнерев // Физика металлов и металловедение. – 2017. – Т. 118, № 1. – C. 42–50.

46. Структура и механические свойства жаропрочного композита на основе высокоэнтропийного сплава / С. А. Фирстов [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2015. – Т. 81, № 6. – С. 28–33.

47. Структура и свойства слоистого композита из высокоэнтропийного сплава с карбидным и интерметаллидным упрочнением / С. А. Фирстов [и др.] // Изв. Российской академии наук. Сер. физ. – 2015. – Т. 79, № 9. – С. 1267–1275.

48. Yeh, J. W. Recent progress in high‑entropy alloys / J. W. Yeh // Annales de Chimie‑Science des Materiaux. – 2006. – Vol. 31. – P. 633–648.

49. On the superior hot hardness and softening resistance of AlCoCrxFeMo0.5Ni high‑entropy alloys / C.‑Y. Hsu [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2011. – Vol. 528. – P. 3581–3588.

50. Shun, T.-T. Formation of ordered/disordered nanoparticles in FCC high entropy alloys / T.‑T. Shun, C.‑H. Hung, C.‑F. Lee // Journal of Alloys and Compounds. – 2010. – Vol. 493. – P. 105–109.

51. On the elemental effect of AlCoCrCuFeNi highentropy alloy system / C. C. Tung [et al.] // Materials Letters. – 2007. – Vol. 61, iss. 1. – P. 1–5.

52. Roiter, Y. AFM Single Molecule Experiments at the Solid‑Liquid Interface: In Situ Conformation of Adsorbed Flexible Polyelectrolyte Chains / Y. Roiter, S. Minko // Journal of the American Chemical Society. – 2005. – Vol. 127, iss. 45. – P. 15688–15689.

53. Михайлов, Ю. А. Термостойкие полимеры и полимерные материалы / Ю. А. Михайлов. – СПб: Профессия, 2006. – 295 с.

54. C60: Buckminsterfullerene / H. W. Kroto [et al.] // Nature. – 1985. – Vol. 318. – P. 162–163.

55. Iijima, S. Helical microtubules of graphitic carbon / S. Iijima // Nature. – 1991. – Vol. 354. – P. 56.