Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С

Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С

Исследована кинетика перераспределения фаз в системе MoSi₂-W при 1500—1800 °С. Определены кинетические параметры роста низших силицидов (Mo, W)5Si₃ и уменьшение слоя высшего силицида MoSi₂ в зависимости от температуры окисления. Установлено, что стабильность системы MoSi₂-W превышает стабильность си...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Глушко, П.И., Журавлёв, А.Ю., Семёнов, Н.А., Хованский, Н.А., Широков, Б.М., Шиян, А.В., Щербакова, В.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Назва видання:Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103567
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С / П.И. Глушко, А.Ю. Журавлёв, Н.А. Семёнов, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян, В.В. Щербакова // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 219-222. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-103567
record_format dspace
spelling irk-123456789-1035672016-06-21T03:02:43Z Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С Глушко, П.И. Журавлёв, А.Ю. Семёнов, Н.А. Хованский, Н.А. Широков, Б.М. Шиян, А.В. Щербакова, В.В. Исследована кинетика перераспределения фаз в системе MoSi₂-W при 1500—1800 °С. Определены кинетические параметры роста низших силицидов (Mo, W)5Si₃ и уменьшение слоя высшего силицида MoSi₂ в зависимости от температуры окисления. Установлено, что стабильность системы MoSi₂-W превышает стабильность систем MoSi₂-Mo и WSi₂-W. Досліджено кінетику перерозподілу фаз у системі MoSi₂-W при 1500—1800 °С. Визначено кінетичні параметри росту нижчих силіцидів (Mo, W)5Si₃ і зменшення шару вищого силіциду MoSi₂ залежно від температури окислення. Встановлено, що стабільність системи MoSi₂-W перевищує стабільність систем MoSi₂-Mo і WSi₂-W. The kinetics of phase redistribution in the MoSi₂-W system has been investigated in the temperature range 1500—1800 °С. Kinetic parameters for growth of low silicides (Mo, W)5Si₃ and loss of the highest silicide MoSi₂ were determined depending on the temperature of oxidation. It is that stability of multicomponent and multiphase systems MoSі₂-W exceeds stability system MoSі₂-Mo and WSі₂-W. 2014 Article Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С / П.И. Глушко, А.Ю. Журавлёв, Н.А. Семёнов, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян, В.В. Щербакова // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 219-222. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103567 669.018.298 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Исследована кинетика перераспределения фаз в системе MoSi₂-W при 1500—1800 °С. Определены кинетические параметры роста низших силицидов (Mo, W)5Si₃ и уменьшение слоя высшего силицида MoSi₂ в зависимости от температуры окисления. Установлено, что стабильность системы MoSi₂-W превышает стабильность систем MoSi₂-Mo и WSi₂-W.
format Article
author Глушко, П.И.
Журавлёв, А.Ю.
Семёнов, Н.А.
Хованский, Н.А.
Широков, Б.М.
Шиян, А.В.
Щербакова, В.В.
spellingShingle Глушко, П.И.
Журавлёв, А.Ю.
Семёнов, Н.А.
Хованский, Н.А.
Широков, Б.М.
Шиян, А.В.
Щербакова, В.В.
Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
Физическая инженерия поверхности
author_facet Глушко, П.И.
Журавлёв, А.Ю.
Семёнов, Н.А.
Хованский, Н.А.
Широков, Б.М.
Шиян, А.В.
Щербакова, В.В.
author_sort Глушко, П.И.
title Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
title_short Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
title_full Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
title_fullStr Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
title_full_unstemmed Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С
title_sort исследование кинетики образования фаз в системе mosi₂-w в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °с
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103567
citation_txt Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi₂-W в условиях нагрева при температурах 1500-1800 °С / П.И. Глушко, А.Ю. Журавлёв, Н.А. Семёнов, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян, В.В. Щербакова // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 219-222. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT gluškopi issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT žuravlëvaû issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT semënovna issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT hovanskijna issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT širokovbm issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT šiânav issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
AT ŝerbakovavv issledovaniekinetikiobrazovaniâfazvsistememosi2wvusloviâhnagrevapritemperaturah15001800s
first_indexed 2025-07-07T14:04:35Z
last_indexed 2025-07-07T14:04:35Z
_version_ 1836997229735313408
fulltext Глушко П. И, Журавлёв А. Ю., Семёнов Н. А., Хованский Н. А., Широков Б. М., Шиян А. В., Щербакова В. В., 2014 © 219 УДК 669.018.298 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ФАЗ В СИСТЕМЕ MoSi2-W В УСЛОВИЯХ НАГРЕВА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 1500—1800 °С П. И. Глушко, А. Ю. Журавлёв, Н. А. Семёнов, Н. А. Хованский, Б. М. Широков, А. В. Шиян, В. В. Щербакова Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина Поступила в редакцию 22. 04. 2014 Исследована кинетика перераспределения фаз в системе MoSi2-W при 1500—1800 °С. Оп ре- де ле ны кинетические параметры роста низших силицидов (Mo, W)5Si3 и уменьшение слоя выс шего силицида MoSi2 в зависимости от температуры окисления. Установлено, что стабиль- ность системы MoSi2-W превышает стабильность си с тем MoSi2-Mo и WSi2-W. Ключевые слова: покрытие, силицид, диффузия, жаростойкость, вольфрам, молибден, нио- бий, кремний. ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ УТВОРЮВАННЯ ФАЗ У СИСТЕМІ MoSi2-W В УМОВАХ НАГРІВАННЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 1500—1800 °С П. І. Глушко, О. Ю. Журавльов, М. О. Семенов, М. О. Хованський, Б. М. Широков, О. В. Шиян, В. В. Щербакова Досліджено кінетику перерозподілу фаз у системі MoSi2-W при 1500—1800 °С. Визначено кі нетичні параметри росту нижчих силіцидів (Mo, W)5Si3 і зменшення шару вищого силіциду MoSi2 залежно від температури окислення. Встановлено, що стабільність системи MoSi2-W перевищує стабільність систем MoSi2-Mo і WSi2-W. Ключові слова: покриття, силіцид, дифузія, жаростійкість, вольфрам, молібден, ніобій, кре- мній. THE KINETICS OF PHASE FORMATION IN SYSTEM MoSi2-W UNDER HEATING AT TEMPERATURE 1500—1800 °C P. I. Glushko, A. Yu. Zhuravlyov, N. A. Semenov, N. A. Khovanski, B. M. Shirokov, А. V. Shiyan, V. V. Shcherbakova The kinetics of phase redistribution in the MoSi2-W system has been investigated in the temperature range 1500—1800 °С. Kinetic parameters for growth of low silicides (Mo, W)5Si3 and loss of the highest silicide MoSi2 were determined depending on the temperature of oxidation. It is that stability of multicomponent and multiphase systems MoSі2-W exceeds stability system MoSі2-Mo and WSі2-W. Keywords: coating, silicide, diffusion, heat resistance, tungsten, molibden, niobium, silicon. Успешное использование тугоплавких ме тал лов в конструкциях для работы в высо- ко температурных окислительно-восстанови- те льных средах при температурах пре - вышающих 1500 °С, остаётся актуальным и в настоящее время, в частности, для ра кетно- космической, авиационной техники, атомной энергетики и других отраслей. Успех в этом направлении в значительной сте пени зависит от решений, связанных с раз работкой надёж- ных защитных покрытий. Достойное место среди применяемых по- крытий занимают силициды тугоплавких ме- таллов. Известно, что высокотемпературно- му окислению в воздушной атмосфере луч ше всего противостоят силициды моли б дена, так как защитные покрытия из них наиболее жаростойки. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ФАЗ В СИСТЕМЕ MoSi2- W В УСЛОВИЯХ НАГРЕВА... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2220 В работах [1—3] приведены результа- ты исследований по стабильности и кине- ти ке перераспределения фаз в системах WSi2-W, MoSi2-Mo, (MoW)Si2-Nb. Под ста- бильнос тью подразумевается скорость рас- пада си лицидных покрытий в зависимо сти от вре мени нагрева образцов на воздухе при раз личных температурах. Поэтому для по- вы шения стабильности покрытий, необ ходи- мо уменьшить скорость взаимодейс твия их с материалом основы. Анализ работ [1—3] показал, что наиболее высокой ста биль - ностью обла да ют системы из многоком по- нентных и мно гофазных барьерных слоёв из низших си лицидов. Однако, несмотря на до- статочно высокую жаростойкость силици- дов вольфра ма в области температур 1500— 2000 °С, они обладают сравнительно низкой стойкостью при температурах ~1000 °С, где проявляется так называемая «чума» [3]. В этой связи были проведены исследова- ния по изучению стабильности фаз в систе- ме MoSi2-W, где явление «чумы» практиче- ски не проявляется. Изучалась возможность получения барьерных слоёв из силицидов (Mo,W)5Si3 в системе МоSi2-W, а также их стабильность при нагреве в интервале тем- ператур 1500—1800 °С. Осаждение металлических слоев из туго- плав ких металлов проводили в установке, схема которой приведена на рис. 1. Установка представляет собой аппарат про точного типа с горизонтальным рас- положением реактора и с ВЧ-нагревом металли ческих подложек с помощью высо- ко частотного генератора. Дополнительно мож но было нагревать образец прямым про- пу сканием тока. Реактор выполнен в виде тру бы из кварцевого стекла с наружным ди- а метром 150 мм и длиной 600 мм. Внутри тру бы коаксиально установлена медная ще- левая водоохлаждаемая камера для защиты кварцевой трубы от перегрева. В качестве образцов для проведения ис- сле дований использовали прутки вольфрама ø 2 мм и длиной 80 мм, на которые путём тер мического разложения карбонила молиб- дена при температурах 800 °С наносился слой молибдена толщиной ~40—45 мкм. Затем образцы силицировали при остаточ- ном да влении 1,33·10–3 Па при температуре 1250 °С в течение 7 часов. Испытания образцов проводились в атмо с фере воздуха в интервале температур 1500—1800 °С в течение 30 часов на стенде (рис. 2). Нагрев осуществлялся прямым про- пусканием тока. На рис. 3 приведены кинетические кривые распада фазы MoSi2 для системы MoSi2-W. Диффузия кремния в низших си- ли цидах происходит медленнее, чем в выс- ших, что связано с меньшей концентраци- ей узлов кремниевой подрешётки и более про чными межатомными связями в фазах Me5Si3. С ростом межатомных связей в стру- к турно-однотипных силицидах коэффици- ент диффузии кремния в W5Si3 меньше, чем в Мо5Si3. Это увеличивает диффузионное сопротивление X/D2 (где Х — толщина слоя низшего силицида, а D2 — коэффициент диф фузии кремния в низших силицидах) и 4 913 8 2 6 6 6 7 5 W(CO)6 Mo(CO)6 Рис. 1. Схема установки для осаждения W и Mo из кар бонилов. 1 — реакционная камера, 2 — форкаме- ры, 3 — ВЧ- генератор, 4 — образцы, 5 — индуктор, 6 — азотные ловушки, 7 — форнасос, 8 — источник пи тания нагревателя, 9 — смотровое окно Рис. 2. Стенд для испытания образцов с силицидным покрытием П. И. ГЛУШКО, А. Ю. ЖУРАВЛЕВ, Н. А. СЕМЕНОВ, Н. А. ХОВАНСКИЙ, Б. М. ШИРОКОВ, А. В. ШИЯН, В. В. ЩЕРБАКОВА ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 221 су щественно повышает стабильность сис- те мы по сравнению с системами WSi2-W и MоSi2-Mо при тех же условиях отжига. При распаде дисилицида молибдена в ре- зультате обменной реакции между молиб де- ном и вольфрамом на межфазной границе MоSi2 — W5Si3 образуется новая фаза (Mo, W)5Si3 представляющая собой твёрдый рас- твор низших силицидов молибдена и воль- фра ма. На рис. 4 приведены кинетические кри- вые роста фазы (Mo, W)5Si3 от времени в ин- тер вале 1500—1800 °С. С повышением температуры скорость рос та возрастает. Для выяснения полной картины роста фаз низшего силицида, по- строены кривые роста фазы (Mo, W)5Si3 от времени в логарифмических координатах (рис. 5). Анализ кинетических кривых роста фазы (Mo, W)5Si3 показал, что увеличение толщи- ны слоя описывается параболическим зако- ном. Показатель степени n в уравнении hn = k0t (где h — толщина слоя, t — время, k0 — константа роста слоя) равен 2. Проведенные эксперименты показали, что за 3 часа отжига на воздухе при 1700 °С в си- стеме MoSi2-Mo толщиной 80 мкм полно с тью превращается в Мо5Si3, а в системе MoSi2-W из 80 мкм слоя MoSi2 осталось 15 мкм, при этих же условиях в системе MoSi2-W в низшую фазу (Mo, W)5Si3 превращается 5—7 мкм исходного слоя MoSi2-W. Умень- шение ско рости распада в многокомпонент- ной си сте ме (MoW)Si2-W обусловлено уве- личением диффузионного сопротивления за счёт мно гофазности образующейся при на- греве системы. На рис. 6 приведено распределение кон- центраций молибдена, вольфрама и кремния по толщине покрытия в образце, испытан- ном при температуре 1700 °С в течение 25 часов. Данные получены с помощью растро- вого электронного микроскопа РЭМА-200. Проведенные исследования поверхности роста образцов силицидных покрытий пока- зали, что их характерной особенностью яв- ляется практически полное отсутствие тре- щин (рис. 7). 90 h, м км 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 5 10 15 20 25 30 Время, час 1 2 3 4 Рис. 3. Зависимость скорости распада MoSi2 от време- ни нагрева. 1 — 1500 °С; 2 — 1600 °С; 3 — 1700 °С; 4 — 1800 °С 70 h, (M o, W ) 5S i 3, м км 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 5 10 15 20 25 30 Время, час 1 2 3 4 Рис. 4. Зависимость скорости роста фазы (Mo, W)5Si3от времени нагрева. 1—1500 °С; 2—1600°С; 3—1700 °С; 4—1800 °С –5,0 In h , ( M o, W ) 5S i 3 –5,2 –5,4 –5,6 –5,8 –6,0 –6,2 –6,4 –6,6 –6,8 –7,0 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 In t 4 3 2 1 Рис. 5. Рост фазы (Mo, W)5Si3 в системе MоSi2-W при 1 — 1500 °С; 2 — 1600 °С; 3 — 1700 °С; 4 — 1800 °С ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ФАЗ В СИСТЕМЕ MoSi2- W В УСЛОВИЯХ НАГРЕВА... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2222 Температурная зависимость константы скорости роста фазы (Mo, W)5Si3 описы- ва ется экспоненциальным законом: k = 10–3e–40000/T. На рис. 8 приведена зависимость констан- ты скорости роста фазы (Mo, W)5Si3 от 1/T. Таким образом, выполненные исследова- ния показывают, что стабильность систе мы MoSi2-W значительно превышает ста биль - ность систем MoSi2-Мо и WSi2-W. ЛИТЕРАТУРА 1. Змий В. И., Ковтун Н. В., Глушко П. И., Ру- день кий С. Г. Стабильность и жаростойкость силицидных покрытий на вольфраме и мо- либдене при температурах 1500—2000 °С // Порошковая металлургия. — 2003. — № 1/2. — С. 57—62. 2. Глушко П. И., Змий В. И., Семёнов Н. А., Широков Б. М. Стабильность силицидных покрытий на ниобии в условиях високотем- пературного нагрева на воздухе при 1500— 2000 °С // Порошковая металлургия. — 2003. — № 3/4. — С. 55—59. 3. Нечипоренко Е. П., Петриченко А. П., Пав- ленко Ю. Б. Защита металлов от коррозии // «Вища школа». — Харьков, 1985. — С. 112. LITERATURA 1. Zmij V. I., Kovtun N. V., Glushko P. I., Ru- den’kij S. G. Stabil’nost’ i zharostojkost’ si li- ci dnyh pokrytij na vol’frame i molibdene pri tem peraturah 1500—2000 °С // Poroshkovaya metallurgiya. — 2003. — No. 1/2. — P. 57— 62. 2. Glushko P. I., Zmij V. I., Semenov N. A., Shi- ro kov B. M. Stabil’nost’ silicidnyh pokrytij na niobii v usloviyah visokotemperaturnogo na- greva na vozduhe pri 1500—2000 °C // Po ro- shkovaya metallurgiya. — 2003. — No. 3/4. — P. 55—59. 3. Nechiporenko E. P., Petrichenko A. P., Pa v- len ko Yu. B. Zaschita metallov ot korrozii // «Vischa shkola». — Har’kov, 1985. — P. 112. 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 X, мкм Ко нц ен тр ац ия % в ес . 1 2 3 4 5 W % вес Si % вес Mo % вес Рис. 6. Распределение элементов по толщине покры- тия MoSi2 на вольфраме после отжига при 1700 °C в течение 25 ч. Отсчёт толщины покрытия произво- дил ся от границы с вольфрамом. 1 — W5Si3; 2 — (W, Mo)5Si3; 3 — Mo5Si3; 4 — MoSi2; 5 — Mo5Si3 Рис. 7. Морфология поверхности силицидного по- кры тия, x 500 –12,0 –12,2 –12,4 –12,6 –12,8 –13,0 –13,2 –13,4 –13,6 –13,8 –14,0 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 1/T∙10–4 In k Рис. 8 Зависимость логарифма константы скорости роста фазы (Mo, W)5Si3 от 1/T

Схожі ресурси