Международный коллектив материаловедов разработал новые композиционные покрытия с добавлением Ni60A и карбида вольфрама (WC) для сплавов Inconel 718. В ходе исследования была изучена эволюция границы раздела «армирующие частицы – матрица», микротвердость и коррозионная стойкость полученного покрытия. В работе принимали участие научные сотрудники Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, Университета науки и технологии Цзянсу (Чжэньцзян, Китай) и Хуачжунского университета науки и технологии (Ухань, Китай).

Фазовый состав покрытий преимущественно состоит из γ-Ni, M₂₃C₆, M₇C₃ и NbC с границей раздела WC/M₂₃C₆. Эволюция границы раздела «WC ‒ матрица» включает пять этапов:

• армирующие частицы WC вводятся в ванну расплава;
• начинает формироваться граница раздела;
• армирующие частицы под непрерывным воздействием лазера приобретают округлую форму;
• частицы WC распределены в объеме покрытия;
• формируется устойчивая граница раздела частиц WC и γ-матрицы.

Чем выше содержание WC, тем выше микротвердость. С одной стороны, увеличение содержания WC способствует in-situ упрочнению композита, а существенные искажения в кристаллической решетке упрочняющих дисперсных частиц и матрицы препятствуют перемещению дислокаций. С другой стороны, двухмерный угол искажения между WC и γ-матрицей, рассчитанный по формуле Брамфитта для вычисления параметра несоответствия кристаллических решеток, равен 9,77% и указывает на то, что частицы WC могут использоваться в γ-гетерогенной нуклеации. Повышение концентрации WC обеспечивает упрочнение тонкозернистой структуры, способствуя повышению микротвердости покрытия. Также учеными было проанализировано влияние WC на коррозийную стойкость. Упрочнения распределены в основном по границам зерен.

(a) Влияние содержания карбида вольфрама (WC) на формирование покрытий, (b) распределение микроструктуры покрытия (Ni60A + 15%WC)

Результаты исследования, проведенного методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии, показывают, что сильные искажения кристаллической решетки наблюдаются на границе раздела «армирующие частицы ‒ γ-матрица». Искажения указывают на то, что граница раздела двух фаз слабо выражена, вследствие чего может возникнуть коррозия при диффузии Cl^— ионов к поверхности материала.

Статья «Reinforcements/matrix micro-interface evolution and properties of in-situ Ni60A/WC coatings prepared by laser cladding» была опубликована в журнале Surface and Coatings Technology в мае 2024 года. Объединенный институт ядерных исследований в числе авторов представляет начальник сектора ионно-имплантационных нанотехнологий и радиационного материаловедения ЛЯР ОИЯИ Владимир Скуратов.