Исследование адгезионных характеристик силицидных покрытий на молибдене методом склерометрии
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
, вертикальная нагрузка на острие и от некоторых параметров, связанных с условиями испытаний) может быть получена в результате [27]:
пластического деформирования материала покрытия без разрушения (пластически смятая, выдавленная царапина);
пластического деформирования с последующим срезанием тончайшей стружки;
хрупкого разрушения, практически без пластического деформирования со скалыванием тончайших участков (сколотая царапина).
Первый и второй случай образования царапины типичны для пластических материалов, а третий для хрупких, таких как, например, нитриды, карбиды и силициды переходных металлов.
.2 Основные свойства силицидов молибдена
Согласно равновесной фазовой диаграмме состояния Mo - Si (рис. 1.1) в этой системе существует три соединения: дисилицид молибдена MoSi2, низшие силициды молибдена Mo5Si3 и Mo3Si [28]. Растворимость кремния в твёрдом молибдене составляет 3,35 ат.% при 1820 оС и 9 ат.% при 2025 оС. Область твёрдых растворов на основе соединения Mo3Si практически отсутствует.
Силициды переходных металлов, в том числе и молибдена, не относятся к фазам внедрения, поскольку крупные атомы кремния не могут внедряться в поры металлических решеток. Атомы кремния замещают металлические атомы и образуют сложные кристаллические структуры в виде графитоподобных сеток. Для силицидов характерны слоистые структуры с довольно резкими разделениями слоев из атомов металла и атомов кремния, что облегчает сдвиговое деформирование и понижает крипоустойчивость при повышенных температурах.
Рис. 1.1 - Диаграмма состояния кремний - молибден [28].
В системе реализуется три эвтектики:
- Mo3Si - Mo5Si3 при 26,4 ат.% кремния и температуре 2020 оС;
- Mo5Si3 - MoSi2 при 54 ат.% кремния и температуре 1900оС;
- MoSi2 - Si при 98,5 ат.% кремния и температуе 1400оС.
Кроме того, по данным [29] при температуре 1850оС имеются эвтектоид bMoSi2 Mo5Si3 + aMoSi2 и при 1900 оС перитектика bMoSi2 + Р aMoSi2.
Силицид Мо3Si образуется по перитектической реакции Мо + Si = Мо3Si при 2025 20С, имеет кубическую структуру c периодом а = 0,4890 0,0002 (рис. 1.2).
- Mo; 2 -Si,
Рис. 1.2 - Структурный тип Mo3Si
3Si имеет структуру типа плотнейшей кубической упаковки или близкого к ней типа. Большая компактность решетки подчеркивает металлический характер связи Mo-Si, однако в фазах существуют также и ковалентные связи между металлическими атомами.
Температура плавления силицида Mo5Si3 равна 2180 20 оС, ширина области гомогенности при 1700 оС - от 37 до 40,35 ат.% кремния.
Соединение МоSi2 плавится при 2020 20 С, область гомогенности - от 65,8 до 66,7 ат.% кремния, имеет тетрагональную структуру.
По данным [30] область гомогенности MoSi2, полученного методом диффузионного насыщения в вакууме, может составлять несколько процентов и имеет тенденцию к увеличению с повышением температуры силицирования. Перепады концентрации элементов составляют: для Si = 2,520,5%; для Мо = 2 0,5%.
Силицид МоSi2 претерпевает аллотропическое превращение в температурном интервале 1850 - 1900 С. Низкотемпературная разновидность a-МоSi2 имеет тетрагональную структуру. Высокотемпературная форма b- МоSi2 имеет гексагональную структуру с параметрами: а = 0,4642 0,0005, с = 0,6529 . 0,0005 нм, с/а - 1,406. Граница МоSi2 со стороны Мо расположена при 67,1 1,0% (ат.).
Низкотемпературная форма a-MoSi2- тетрагональная ячейка с 2 атомами Мо и 4 атомами Si. Атомы Si образуют каркас, в пустотах которого - Мо. Структуру можно также рассматривать состоящей из слоев, параллельных плоскости (010) с плотнейшей гексагональной упаковкой. Слои чередуются в порядке АВАВ..., слой В смещен в направлении оси X на а/2. Кратчайшее расстояние Mo-Si равно с/3. Цепочки атомов кремния образуют зигзаги, проходящие через призмы Mo параллельно осям X и Y. Выступы цепочек направлены навстречу, расстояния между атомами Si в выступах и в цепочках равны, т.е. создается трехмерный каркас из кремния.
Высокотемпературная форма b-МоSi2 имеет гексагональную структуру (табл. 1.1).
Таблица 1.1 - Кристаллохимические характеристики силицидов молибдена
СоединениеCингонияПараметры решетки, нмc/aПлотность ренгеновская г/см3abcMo3SiКуб.0.4890--8.968Mo5Si3Гекс.0.728-0.5000.698.243Mo5Si3Тетр.0.9642-0.4950.50878.213a-MoSi2Тетр.0.3203-0.78552.4526.267b--MoSi2Гекс.0.4642-0.65291.4066.26
Некоторые физические свойства силицидов молибдена приведены в таблице 1.2.
Табл. 1.2 - Физические свойства силицидов молибдена
СвойстваMo3SiMo5Si3MoSi2Содержание Si,% (по массе)9,1814,9636,88Температура плавления, оС202521802020КТР, ? 106, град-120-170 оС 170-1070 оС3,4 6,54,3 6,78,25 9,2Электросопротивление r, 108Ом м21,646,721,6Т.э.д.с. ? 106,В/град- 1,02,0- 3,0Микротвердость Н 106, кПа12,611,311,6Модуль Юнга 1012,Па30,900,98-44,14 0,49Модуль сдвига 104,кПа961030137
Молибден, как и другие тугоплавкие металлы, характеризуется уникальным комплексом физико-механических и химических свойств, который обеспечил ему широкое применение в разных областях. Однако явно недостаточными являются коррозионные свойства этого металла в окислительных средах при высоких температурах. При температурах выше 800 С происходит быстрое образование летучего оксида МоО3, приводящее к активному разрушению молибденовых изделий.
Защиту молибдена от окисления обеспечивают разными путями: легированием, применением окалиностойких или металлических покрытий. Наиболее распространенным типом защитных высокотемпературных покрытий для изделий из молибденовых сплавов, которые работают в окислительных средах, являются силицидные покрытия, которые способны формировать на поверхности ?/p>