11.06.2024
Структура и коррозионные свойства многослойных металл-нитрид-оксидно-керамических покрытий
Сотрудники лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН разработали многослойные металл-нитрид-оксидно-керамические покрытия с повышенной коррозионной стойкостью на аустенитно-мартенситной стали, которые были получены методом магнетронного осаждения.
Синтезируемые многослойные покрытия Ni/Al-Si-N/Ni/Al-Si-O представляют собой сочетание различных по структуре и составу 4-х слоев, где металлические подслои никеля характеризуются субмикрокристаллическими столбчатыми зернами, слой Al-Si-N имеет нанокристаллическую столбчатую структуру, основанную на фазах AlN + Si3N4, внешний керамический слой Al-Si-O имеет аморфную структуру ячеистую структуру.
Установлено, что формирование 4-слойного покрытия на стали ВНС-5 приводит к снижению скорости коррозии в 7 раз. Действительно, характерная плотность тока коррозии образца с покрытием составляет Jcorr = 0,044 мкА/см2, что значительно ниже, чем у подложки без покрытия (Jcorr = 0,296 мкА/см2). Слоистая структура покрытия препятствует переносу и диффузии хлорид-ионов к подложке и замедляет процесс коррозии, что подтверждается кривыми Тафеля, показывающими более низкий коррозионный потенциал, характерный для растворения никеля. Показано, что проникновение ионов Cl– во внутренние слои покрытия происходит через микроструктурные дефекты (пустоты и каверны), сохранившиеся во внешнем слое Al-Si-O, проявляющие ячеистую морфологию. Чтобы обеспечить лучшую коррозионную стойкость, ячеистую структуру керамического слоя Al-Si-O следует превратить в монолитную. В этом случае можно полностью предотвратить проникновение анионов галогенов в последующие никелевые подслои.
Электронно-микроскопическое изображение профиля покрытия с соответствующими микродифрактограммами каждого из слоев, представляющими структуру покрытия(а) и схема коррозионного процесса (б).
Улучшение коррозионной стойкости многослойного покрытия обусловлено тем, что в отличие от подложки без покрытия, подложка с покрытием подвергается послойной коррозии, и оинам электролита неообходимо преодолеть нескольких границ раздела: «электролит/Al-Si-O», «Al-Si-O/Ni», «Ni/Al-Si-N», «Al-Si-N"/Ni», "Ni/подложка".
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0003. Результаты исследования опубликованы в журнале Thin Solid Films (Q2, JCR): Tamara Dorofeeva, Viktor Semin, Tatiana Gubaidulina, Andrey Voronov, Bình Ngo, Victor Sergeev. Structure and corrosion properties of multilayer metal/nitride/oxide ceramic coatings formed on austenitic-martensitic steel by magnetron deposition. Thin Solid Films 2024, 798, 140380. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2024.140380
Синтезируемые многослойные покрытия Ni/Al-Si-N/Ni/Al-Si-O представляют собой сочетание различных по структуре и составу 4-х слоев, где металлические подслои никеля характеризуются субмикрокристаллическими столбчатыми зернами, слой Al-Si-N имеет нанокристаллическую столбчатую структуру, основанную на фазах AlN + Si3N4, внешний керамический слой Al-Si-O имеет аморфную структуру ячеистую структуру.
Установлено, что формирование 4-слойного покрытия на стали ВНС-5 приводит к снижению скорости коррозии в 7 раз. Действительно, характерная плотность тока коррозии образца с покрытием составляет Jcorr = 0,044 мкА/см2, что значительно ниже, чем у подложки без покрытия (Jcorr = 0,296 мкА/см2). Слоистая структура покрытия препятствует переносу и диффузии хлорид-ионов к подложке и замедляет процесс коррозии, что подтверждается кривыми Тафеля, показывающими более низкий коррозионный потенциал, характерный для растворения никеля. Показано, что проникновение ионов Cl– во внутренние слои покрытия происходит через микроструктурные дефекты (пустоты и каверны), сохранившиеся во внешнем слое Al-Si-O, проявляющие ячеистую морфологию. Чтобы обеспечить лучшую коррозионную стойкость, ячеистую структуру керамического слоя Al-Si-O следует превратить в монолитную. В этом случае можно полностью предотвратить проникновение анионов галогенов в последующие никелевые подслои.
Электронно-микроскопическое изображение профиля покрытия с соответствующими микродифрактограммами каждого из слоев, представляющими структуру покрытия(а) и схема коррозионного процесса (б).
Улучшение коррозионной стойкости многослойного покрытия обусловлено тем, что в отличие от подложки без покрытия, подложка с покрытием подвергается послойной коррозии, и оинам электролита неообходимо преодолеть нескольких границ раздела: «электролит/Al-Si-O», «Al-Si-O/Ni», «Ni/Al-Si-N», «Al-Si-N"/Ni», "Ni/подложка".
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0003. Результаты исследования опубликованы в журнале Thin Solid Films (Q2, JCR): Tamara Dorofeeva, Viktor Semin, Tatiana Gubaidulina, Andrey Voronov, Bình Ngo, Victor Sergeev. Structure and corrosion properties of multilayer metal/nitride/oxide ceramic coatings formed on austenitic-martensitic steel by magnetron deposition. Thin Solid Films 2024, 798, 140380. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2024.140380